Kas ir konteksta slēdzis?

Datortehnikas pirmajās dienās CPU bija tīri secīgas mašīnas. Tas palīdzēja saglabāt dizainu vienkāršus. Tomēr tas arī ierobežoja veiktspēju. Daudziem procesiem būs jāpieprasa dati no sistēmas RAM vai cietā diska. Lai gan sistēmas operatīvā atmiņa ir ātra, tā joprojām nav tik ātra kā centrālais procesors, atstājot to dīkstāvē, gaidot datus, līdz no RAM atgriezīsies atbilde. Situācija ir vēl sliktāka attiecībā uz datiem, kas tiek pieprasīti no cietā diska, kas ir daudz lēnāka atmiņas ierīce nekā RAM. Šeit centrālais procesors var būt dīkstāvē ilgu laiku, gaidot atbildi. Diemžēl, izmantojot secīgos procesorus, šī problēma ir vienkārši neizbēgama.

Par laimi, mūsdienu CPU vairs nav secīgi. Tie piedāvā daudzas uzlabotas funkcijas, piemēram, nepareizu izpildi un vairākus pavedienus. Nepareiza izpilde ļauj centrālajam procesoram analizēt gaidāmās instrukcijas un pārkārtot tās, lai palielinātu efektivitāti. Vairāku vītņu izmantošana ļauj CPU darboties daudziem dažādiem pavedieniem vai procesiem.

Bez vairākiem kodoliem CPU vienlaikus nevar darbināt vairāk par vienu. Tomēr tas var padarīt to līdzīgu, regulāri pārslēdzoties starp tiem, lai nodrošinātu, ka tie katrs saņem ievērojamu konstantu CPU laiku. Pārslēgšanās starp pavedieniem procesu sauc par konteksta slēdzi.

Kā darbojas konteksta slēdzis?

Konteksta slēdzis sastāv no divām daļām, izslēdzot iepriekšējo pavedienu un ieslēdzot jauno. Lai mainītu veco pavedienu, centrālajam procesoram ir jāsaglabā pašreizējais stāvoklis procesa vadības blokā vai slēdža rāmī. Tas ietver visu attiecīgo CPU reģistru vērtības un vienmēr sastāv no programmas skaitītāja vērtības. Kad pavediens ir saglabāts, gatavajai rindai var pievienot rokturi, lai vajadzības gadījumā to varētu atjaunot.

Pārslēgšanās nākamajā pavedienā ir tas pats process apgrieztā veidā. Pavediens tiek izvēlēts vai nu no gatavās rindas, atkarībā no svēruma. Alternatīvi, to var izvēlēties ar pārtraukumu, kas norāda, ka notikums, kuru pavediens gaidīja, tagad ir gatavs vai pabeigts. Pēc tam pavediena dati tiek kopēti pareizajos reģistros, un pavediens tiek atjaunots. Šajā brīdī jaunais pavediens ir gatavs turpināt darbību no vietas, kur tā tika pārtraukta.

Ietekme uz veiktspēju

Datu lasīšanas un rakstīšanas process, ieslēdzot vai izslēdzot pavedienu, aizņem kādu laiku, lai gan ne daudz, jo parasti tiek izmantota liela atmiņa. Tomēr pastāv papildu darbības izmaksas. Pārslēdzot pavedienus, dati CPU kešatmiņā un buferos no iepriekšējā pavediena var nebūt saistīti ar jauno pavedienu. Tas var izraisīt ievērojamu TLB ( tulkošanas apskates bufera ) palielināšanos un kešatmiņas trūkumu.

Šis efekts nav nozīmīgs, ja abus pavedienus radīja viens un tas pats process, jo tiem, visticamāk, būs kopīgi atmiņas elementi. Pārslēdzoties starp pavedieniem no dažādām metodēm, TLB ir pilnībā jāizskalo. Tas noved pie 100% TLB izlaiduma līmeņa, vienlaikus ievērojami samazinot arī CPU kešatmiņas trāpījumu skaitu.

Lai gan CPU piedāvā aparatūras atbalstu konteksta pārslēgšanai, operētājsistēmas parasti to neizmanto. Aparatūras konteksta maiņai trūkst izpratnes par datu atbilstību. Tāpēc tai ir jāsaglabā un jāatjauno visi reģistri, palielinot nepieciešamo laiku un nepieciešamo uzglabāšanas vietu.

Turklāt aparatūras konteksta maiņa nesaglabā datus no peldošā komata reģistriem, kas var būt nepieciešamas. Tāpēc parasti tiek izmantota programmatūras konteksta maiņa. Tas ļauj saglabāt datus no visiem reģistriem, ieskaitot peldošā komata reģistrus. Programmatūras konteksta slēdžiem ir izpratne par datu atbilstību. Tas nozīmē, ka tā var izvēlēties un izvēlēties, kuras uzglabāt pēc vajadzības.

Secinājums

Konteksta slēdzis ir process, kurā moderns centrālais procesors pārslēdz, kurš pavediens tas darbojas. Process ietver pašreizējā pavediena attiecīgo datu saglabāšanu un jaunā pavediena atbilstošo datu atjaunošanu. Konteksta maiņa ir saistīta ar veiktspējas izmaksām, kas saistītas ar pārslēgšanās veikšanai nepieciešamo laiku, kā arī palielinātu kešatmiņas un TLB izlaišanas ātrumu, jo tie netiek saglabāti. Konteksta slēdži notiek, lai nodrošinātu, ka visiem pavedieniem ir pietiekams CPU laiks, vai pārtraukuma dēļ, kas norāda, ka notikums, kuru gaidīja līnija, ir pabeigts.