代码：上下文切换

图4-1概述了从一个用户进程切换到另一个用户进程所涉及的步骤：从用户空间到旧进程内核线程的陷阱（系统调用或中断），上下文切换到当前CPU的调度器线程，上下文切换到新进程的内核线程，以及陷阱返回到用户级进程。Xv6有独立的线程（保存的寄存器和栈）来执行调度器，因为让调度器在任何进程的内核栈上执行都是不安全的：其他CPU可能会唤醒该进程并运行它，在两个不同的CPU上使用同一个栈将是一场灾难。每个CPU都有一个独立的调度器线程，以应对多个CPU正在运行希望放弃CPU的进程的情况。

在本节中，我们将研究内核线程和调度器线程之间切换的机制。

从一个线程切换到另一个线程涉及保存旧线程的CPU寄存器，并恢复新线程先前保存的寄存器；栈指针和程序计数器被保存和恢复的事实意味着CPU将切换栈和正在执行的代码。

函数swtch为内核线程切换保存和恢复寄存器。swtch不直接了解线程；它只是保存和恢复一组RISC-V寄存器，称为上下文（contexts）。当一个进程需要放弃CPU时，该进程的内核线程调用swtch来保存自己的上下文并恢复调度器的上下文。每个上下文都包含在一个struct context中，它本身包含在一个进程的struct proc或一个CPU的struct cpu中。swtch接受两个参数：struct context *old和struct context *new。它将当前寄存器保存在old中，从new加载寄存器，然后返回。

让我们跟随一个进程通过swtch进入调度器。我们在第3章看到，中断结束时的一种可能性是usertrap调用yield。yield转而调用sched，后者调用swtch将当前上下文保存在p->context中，并切换到先前保存在cpu->context中的调度器上下文。

swtch只保存被调用者保存的寄存器；C编译器在调用者中生成代码以在栈上保存调用者保存的寄存器。swtch知道struct context中每个寄存器字段的偏移量。它不保存程序计数器。相反，swtch保存ra寄存器，该寄存器保存了调用swtch的返回地址。现在swtch从新上下文中恢复寄存器，新上下文保存了先前swtch保存的寄存器值。当swtch返回时，它返回到恢复的ra寄存器所指向的指令，即新线程先前调用swtch的指令。此外，它在新线程的栈上返回，因为恢复的sp指向那里。

在我们的例子中，sched调用swtch切换到cpu->context，即每个CPU的调度器上下文。该上下文是在过去某个时刻scheduler调用swtch切换到当前放弃CPU的进程时保存的。当我们一直在跟踪的swtch返回时，它不会返回到sched，而是返回到scheduler，栈指针位于当前CPU的调度器栈中。