线程上下文切换
在UNIX系统中，线程（也称为轻量级进程）上下文切换是指操作系统在两个线程之间切换执行的过程。这种切换使得操作系统能够在多个线程之间共享CPU资源，实现并发执行。线程上下文切换比进程上下文切换要轻量，因为线程共享同一个进程的地址空间和资源，而进程各自拥有独立的地址空间和资源。
线程上下文包括：
- CPU寄存器状态：包括程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、以及其他通用寄存器的当前值。
- 线程栈：每个线程有自己的栈，用于存储局部变量和跟踪函数调用。线程上下文切换时，需要保存和恢复线程栈的状态。
- 线程特定数据（TSD）：与线程相关的特定数据，如线程ID和线程的状态信息。
- 调度信息：包括线程的优先级、调度策略和其他与调度相关的信息。
触发线程上下文切换的情况：
- 时间片耗尽：在时间片轮转调度中，当线程的时间片耗尽时，操作系统会切换到另一个线程执行。
- I/O操作：当线程执行I/O操作并进入等待状态时，操作系统会切换到另一个就绪状态的线程。
- 线程终止：当线程完成执行并终止时，操作系统需要切换到另一个线程。
- 同步操作：当线程等待某个同步原语（如互斥锁、信号量）时，操作系统可能会切换到另一个线程。
- 高优先级线程就绪：当一个高优先级线程变为就绪状态时，操作系统可能会抢占当前线程，以便让高优先级线程执行。
线程上下文切换的开销：
尽管线程上下文切换比进程上下文切换开销小，但仍然有一定的开销，主要包括保存和恢复线程上下文的时间，以及由于切换导致的缓存失效等。操作系统设计者通常会尽量优化上下文切换的过程，以减少这些开销，提高系统的并发性能和响应速度。
在多线程编程中，合理地使用同步机制、避免不必要的线程切换和设计高效的线程调度策略是提高应用性能的关键。