面试题：进程管理：进程与线程上下文切换对性能影响的基础分析

Question

简述进程上下文切换和线程上下文切换的主要区别，并说明为什么线程上下文切换通常在性能上比进程上下文切换更具优势。

Answer 1

区别

1. 资源管理：
   • 进程上下文切换：进程是资源分配的基本单位，进程上下文切换时，涉及到虚拟地址空间、文件描述符、信号处理等资源的切换。例如，不同进程可能有不同的内存映射，切换进程时，要重新设置内存管理相关的数据结构，如页表等。
   • 线程上下文切换：线程是 CPU 调度的基本单位，同一进程内的线程共享进程的资源，如地址空间、文件描述符等。线程上下文切换主要是切换线程的寄存器值、栈指针等，不涉及资源的重新分配。
2. 数据结构：
   • 进程上下文切换：需要保存和恢复进程控制块（PCB）中的各种信息，包括进程状态、程序计数器、寄存器值、内存管理信息等。
   • 线程上下文切换：主要保存和恢复线程控制块（TCB）中的信息，TCB 相对简单，主要包含线程的运行状态、寄存器值、栈指针等，因为共享进程资源，无需保存进程级别的资源信息。

线程上下文切换性能优势原因

1. 资源切换开销小：由于线程共享进程资源，上下文切换时无需像进程那样重新分配资源，例如无需重新映射内存空间，减少了内存管理相关的操作开销。比如，一个进程内多个线程切换，无需重新加载页表，而进程切换则需要。
2. 数据结构简单：线程控制块（TCB）比进程控制块（PCB）简单，保存和恢复 TCB 信息的开销更小。保存和恢复少量寄存器值和栈指针等信息，相比保存和恢复进程的全部资源信息要快得多。