linux是多任务操作系统，同时能运行多个应用程序，程序的数量远超cup核书，其实并不是同时运行，而是cpu资源轮流分给这些程序执行。
cpu寄存器和程序计数器
cpu寄存器是cpu内置的小容量内存，但是速度极快。程序计数器则是用来存储cpu正在执行的指令位置、或是下一个将要执行的指令位置。它们都是cpu在运行任何任务前，
必须依赖的环境，也就是我们说的cpu上下文。
CPU上下文切换
cpu上下文切换就是先把前一个任务cpu上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到寄存器和程序计数器，最后跳到程序计数器所指的新位置，执行新任务。
这里说的任务就是进程或线程（当然还有跟硬件通讯的任务）。这些保存下来的的上下文，会存储在系统内核中，并在任务重新调度执行时再次加载进来，
这样就能保证任务原来的状态不受影响，让任务看起来还是连续运行。
进程上下文切换
linux会按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间。参考下图
内核空间：（Ring 0）具有最高权限，可直接访问所有资源。
用户空间：（Ring 3）只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核中，才能访问这些特权资源。
也可以说进程可以在用户空间运行，也可以在内核空间运行。进程在用户空间运行时，被称为进程用户态，而陷入内核空间的时候，被称为进程的内核态。
从用户态到内核态的转变，是需要通过系统调用来完成的。比如，当我们查看文件内容时，就需要多次系统调用开完成。
1.调用open()打开文件
2.调用read()读取文件内容，并调用write()将内容写到标准输出
3.调用close()关闭文件
此时就发生了CPU上下文切换，cpu寄存器里原来用户态的指令位置，需要保存起来。接着为了执行内核态代码，cpu寄存器需要更新内核态指令的新位置。
最后才是跳转到内核态运行内核任务。系统调用结束后，cpu寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后在切换到用户空间，继续执行进程。一次系统调用就发生了
两次CPU上下文切换。不过在系统调用过程中，并不会涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。这跟我们通常说的进程上下文切换不一样。
进程上下文切换，指的是从一个进程切换到另一个进程运行。而系统调用过程中一直是在同一个进程运行。系统调用过程通常称为特权模式切换，而不是上下文切换。
进程上下文切换跟系统调用的区别
进程是由内核来管理调度的，进程的切换只能发生在内核态，所以进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、
寄存器等内核的状态。
因此，进程的上线文切换比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和cpu寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；
而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。
进程在什么时候才会被调度到 CPU 上运行
1.为了保证所有进程可以得到公平调度，cpu时间被划分为一段段的时间片，这些时间片在被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起。
切换到其他正在等待cpu的进程运行。
2.进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等待资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他的进程运行。
3.当进程通过sleep()这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。
4.当优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，有高优先级的进程来运行。
5.发生硬件中断时，cpu上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序。
线程上下文切换
线程与进程切换的最大区别在于，线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。说白了，所谓的内核中的任务调度，实际上的调度对象是线程；
而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。所以，对应线程和进程，我们可以这么理解：
当进程只有一个线程时，可以任务进程就等于线程。
当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。这些资源在上下文切换时，是不需要修改的。
另外线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也需要保存。
线程的上下文切换可以分为两种：
第一种，前后两个线程属于不同进程，此时，因为资源不共享，所以切换过程就跟进程上下文切换一样。
第二种，前后两个线程属于同一个进程，此时，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资源就保持不动，字需要切换线程的私有数据、寄存器等
不共享数据。
中断上下文切换
为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，
这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。
跟进程上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断了一个正在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存，全局变量等用户
态资源。中断上线文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必须的状态，包括cpu寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。
对同一个cpu来说，中断处理比进程拥有更高的优先级，所以中断上下文切换并不会与进程上下文切换同时发生。同样道理，由于中断会打断正常进程的调度和执行，
所以大部分中断处理程序都简短精悍，以便尽可能快速的执行结束。
跟进程上下文切换一样，中断上下文切换也需要消耗cpu资源，切换次数过多也会导致cpu资源耗费。甚至严重降低系统整体性能。
总结
cpu上下文切换，是保证linux系统正常工作的核心功能之一，一般情况下不需要我们特别关注。但过多的上下文切换，会把cpu时间消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存
等数据的保存和恢复上，从而缩短进程真正运行时间，导致系统整体性能大幅度下降。