Вопросы по переключению контекста: Какая часть ОС участвует в управлении переключением контекста?

Question

Меня попросили ответить на эти вопросы о переключении контекста ОС, вопрос довольно сложный, и я не могу найти ответ в своем учебнике:

1. Сколько печатных плат существует в системе в определенное время?
2. Какие две ситуации могут вызвать переключение контекста? (Я думаю, что они прерывают и завершают процесс, но я не уверен)
3. Аппаратная поддержка может изменить время, необходимое для переключения. Каковы два разных подхода?
4. Какая часть ОС участвует в управлении переключателем контекста?

Answer 1

1. В данный момент в системе может быть любое количество печатных плат. Каждая печатная плата связана с процессом.
2. Таймер прерывает в вытесняющих ядрах или отказывается от управления процессором в кооперативных ядрах. И, конечно же, завершение и блокировка процесса при операциях ввода-вывода.
3. Я не знаю ответа здесь, но вижу ответ Марко
4. Один из планировщиков из ядра.

Answer 2

3: целый ряд возможных аппаратных оптимизаций

• Небольшие наборы регистров (поэтому меньше для сохранения и восстановления при переключении контекста)
• "Грязные" флаги для набора регистров процессора с плавающей запятой / вектора - позволяет ядру избежать сохранения контекста, если с ним ничего не произошло с момента его включения. Контексты FP/VP обычно очень велики, и многие потоки их никогда не используют. Некоторые RTOS предоставляют API, чтобы сообщить ядру, что поток вообще не использует FP/VP, исключая даже большее восстановление контекста, а некоторые - особенно, когда поток, обрабатывающий ISR, опережает другой, а затем быстро завершается с немедленным перепланированием ядра. оригинальная нить.
• Банки теневых регистров: для небольших встроенных процессоров с встроенным SRAM. Регистры ЦП защищены памятью. В результате переключение банка является просто случаем переключения базового адреса регистров. Обычно это достигается несколькими инструкциями и очень дешево. Обычно количество контекста в этих системах сильно ограничено.
• Регистры прерываний теней: банки регистров теней для использования в ISR. Пример - все процессоры ARM, у которых теневой банк около 6 или 7 регистров для быстрого обработчика прерываний и немного меньше теневого для обычного. Несмотря на то, что не только увеличение производительности для переключения контекста, это может помочь в стоимости переключения контекста на задней панели ISR.
• Физически, а не виртуально отображенные кэши. При смене MMU необходимо сбросить виртуально отображенный кеш при переключении контекста, что будет в любой многопроцессорной среде с защитой памяти. Однако физически сопоставленный кэш означает, что преобразование виртуальных физических адресов является критически важной операцией при операциях загрузки и хранения, и много ресурсов затрачивается на кэширование для повышения производительности. Поэтому виртуально отображенные кэши были идеальным выбором для некоторых процессоров, предназначенных для встраиваемых систем.

Answer 3

Планировщик является частью операционных систем, которые управляют переключением контекста, он выполняет переключение контекста в одном из следующих условий:
1.Multitasking

2. Обработка прерываний

3. Переключение режима пользователя и ядра

и каждый процесс имеет свою собственную печатную плату