走近内核级线程——切换五段论

前面我们提到用户级线程的切换，是通过切换线程栈来实现的，由TCB线程控制块来控制，用户自己就能实现，无需通过内核。这次我们来讲讲内核级线程以及它的切换。

内核级线程，顾名思义，就是处于内核态的线程，对于内核级线程，可以很好配合多核CPU，多核指的是MMU(映射)一样，但是有多个核可以并行的处理事件。

这就是操作系统的进程线程示意图，可以看到只有核心级线程可以很好的利用邮件条件，多核CPU等

回顾上次所说的用户级线程的切换，是两个栈之间的切换，那核心级线程的切换是什么呢？不是两个栈，而是两套栈。因为核心级线程必须到内核态，在用户态使用用户栈，在内核态不也得调用函数unix线程切换，也得使用一个栈，既要在用户态又得在内核态跑，一个核心级线程要两个栈组成的一套栈。

对比用户级线程的切换使用TCB进行切换，核心级线程也用TCB切换，不过这个TCB在内核中，而且根据TCB的切换来切换一套栈，内核栈和用户栈都得切换。

那么具体的如何从一个核心级线程切到另一个核心级线程呢？这就是大名鼎鼎的五段论了。首先我们得从当前的用户栈切到内核栈，只有通过系统中断才可以进入内核，INT就是系统中断，通过在内核栈里面存储SS,SP来记录切换回来的指针，我们就可以切入内核栈了，如果想返回，可以调用IRET的系统调用返回，这就是一套栈了。

      100：A(){
          B();
          104;
      }
      200：B(){
        read();
        204;
      }
用户程序300:read(){
|        int 0x80;
|        304; 
|      }
|      system_call;
内核程序call sys_call
     1000; 
     2000:sys_read(){     } 

如上图，我们调用read()调用系统中断进入内核态，现在的栈的情况是

用户栈：104
        204
内核栈：SS SP（记录返回指针）
        EFLAGS
        304
        CS
        1000

可以看到这两个栈配合的非常好，这就是一套栈的精髓所在，也完成了切换的第一段。

由于read需要读磁盘，这会使线程进入堵塞阶段，引发CPU调度，switch_to通过TCB的切换（第二段）找到另一个线程B的内核栈的指针，然后切到另一套栈（第三段），也就是线程的切换，这是切换的第二、三段。

但是我们执行的是用户的函数，所以我们还得切到线程B的用户栈（第四段），这里我们执行完内核栈的函数，通过弹栈中断返回到SS SP弹回线程B的用户栈，这就是切换的第五段。

如果是进程的切换的话，我们另外切换地址映射表就可以了。

以上就是内核级线程切换的switch_to五段论。下次我们再讲讲内核级线程是如何是实现的，它的源码是什么样的呢？以及后面综合的内核级线程和用户级线程的比较对照。

（编辑：南京站长网）

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