一、CPU上下文
CPU执行任务需要知道从哪里开始，也就是说，需要系统帮它设置好CPU寄存器和程序计数器。
CPU寄存器是CPU内置的容量小、速度极快的内存。程序计数器用来存储CPU正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。他们都是CPU在运行任务前，必须的依赖环境，也叫做CPU上下文。
那么，CPU上下文切换就是先把一个任务的CPU上下文(CPU寄存器和程序计数器)保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
而这些保存下来的上下文，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。这样就保证任务原来的状态不受影响。
而根据任务的不同，CPU上下文分为：进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换。
1. 进程上下文切换
如果让应用程序随便访问内存太危险了，因此按照CPU指令的重要程度对指令进行了分级，指令分为四个级别：Ring0-Ring3。
Linux只使用了 Ring0 和 Ring3 这两个运行级别。
进程运行在 Ring3 级别时被称为用户态，指令只能访问用户空间，被执行的代码要受到CPU很多检查；运行在 Ring0 级别时被称为内核态，可以执行任何指令，访问任何内存空间。
从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。系统调用的过程会发生CPU上下文切换。
CPU寄存器中原来用户态的指令位置，需要先保存起来，然后更新为内核态指令的新位置，执行内核态代码；相反，从内核态切换到用户态也需要进行CPU上下文切换。因此，一次系统调用过程，发生了两次CPU上下文切换。
进程的上下文包括虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。
而保存上下文和恢复上下文的过程是需要内核在CPU上运行才能完成的。而根据 Tsuna (https://blog.tsunanet.net/2010/11/how-long-does-it-take-to-make-context.html) 的测试报告，每次上下文切换都需要几十纳秒到数微妙的CPU时间。因此，如果进程上下文切换次数较多的情况下，很容易导致CPU将大量时间耗费在寄存器、内核栈以及虚拟内存等资源的保存和恢复上，进而大大缩短了真正运行进程的时间。
Linux 下每个CPU都有一个就绪队列，将活跃进程（即正在运行和正在等待CPU的进程）按照优先级和等待 CPU 的时间排序，然后选择最需要 CPU 的进程，也就是优先级最高和等待CPU时间最长的进程来运行。
进程调度的场景：
- CPU时间片，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
- 进程需要等待资源时候，也会被挂起，并由系统调度其他进程运行
- 当进程通过类似睡眠函数(sleep)这样的方法将自己主动挂起，也会重新调度
- 当有高优先级进程需要运行时，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行
- 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服务
2. 线程上下文切换
线程是调度的基本单位，进程则是资源拥有的基本单位。因此
- 如果切换的线程属于两个不同的进程，则此切换过程和进程上下文切换是一样的
- 如果切换的线程属于同一个进程，则切换时，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据即可
3. 中断上下文切换
中断上下文只包括内核态中断服务程序执行所必需的状态，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。