多个进程竞争CPU的时候并没有真正运行，为什么还会导致系统负载的升高呢？CPU上下文切换就是罪魁祸首
Linux是个多任务操作系统，多个任务并发执行并不是同时执行，而是系统将CPU轮流分配给这些任务，造成多任务同时运行的错觉。
而每个任务运行前，CPU需要知道任务从哪里加载，又从哪里开始运行，也就是说，需要系统帮他设置好CPU寄存器和程序计数器，他们都是CPU在运行任何任务之前，必须的依赖环境，因此也被叫做CPU上下文。
CPU上下文切换，就是把前一个CPU的上下文（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向的新位置，开始运行新的任务。
而这些保存起来的上下文，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，这样就能保证任务原来的状态不受影响，让任务看起来是连续运行的。
操作系统管理的这些“任务”到底是什么？
任务就只是进程或线程吗？其实不止，硬件通过触发信号，会导致中断处理程序的调用，这也是一种常见的任务。
所以，根据任务的不同，CPU上下文切换可以分为几个不同的场景：
- 进程上下文切换
- 线程上下文切换
- 中断上下文切换
进程上下文切换
Linux按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间
- 内核空间（Ring 0)具有最高权限，可以直接访问所有资源；
- 用户空间（Ring 3) 只能访问受限资源，不能访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入内核中，才能访问这些特权资源。
系统调用过程中，发生了CPU上下文切换（CPU寄存器里原来用户态的指令，需要先保存起来。接着，为了执行内核态代码，CPU寄存器需要更新为内核态指令的新位置，最后才是跳转到内核态运行内核任务。而系统调用结束后，CPU寄存器需要回复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行。所以，一次系统调用发生了两次CPU上下文切换）
那么，进程上下文切换与系统调用又有什么区别呢？
进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程的上下文仅包括了虚拟内存、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。
因此，进程的上下文切换就比系统调用多了一步：在保存当前进程的内核状态和寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户态。
进程上下文的频繁切换，导致CPU将大量的时间耗费在寄存器、内核栈以及虚拟内存等资源的保护和恢复上，进而大大缩短了真正运行进程的时间。
什么时候才会发生进程上下文切换？
进程切换时才需要切换进程上下文（即只有在进程调度时，才需要切换进程上下文）
Liunx为每个CPU都维护了一个就绪队列，将活跃进程（也就是正在运行和正在等待CPU的进程）按照优先级及等待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。
进程在什么时候才会被调度到CPU上运行？
- 进程执行完终止，它占用的CPU资源会被释放，从就绪队列出拿出一个新进程过来运行
- 为了保证所有进程都能得到公平调度，CPU时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽，就会被系统挂起，切换到其它正在等待CPU运行的进程运行。
- 进程在系统资源不足（内存不足）时，要等到资源满足后才能继续运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其它进程运行
- 当进程通过睡眠函数sleep()这样的方式将自己主动挂起时，自然也会重新调度
- 当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先进程的运行，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，转而执行内核中的终端服务程序
线程上下文切换
线程与进程的最大区别在于：线程是调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。所谓内核中的任务调度，实际调度的对象是线程；而进程给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。
- 当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程
- 当进程拥有多个线程时，这些线程会共享虚拟内存和全局变量等资源，这些资源在线程上下文切换时是不需要修改的。
- 线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在线程上下文切换时也是需要保存的
因此，线程上下文的切换也就有以下两种情况：
- 同一进程内的线程上下文切换，因为虚拟内存是共享的额，在切换时不需要修改，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据
- 不同进程的线程切换，这就跟进程上下文切换是一样的额
中断上下文切换
为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，这样在中断结束后，进程仍然可已从原来的状态恢复运行。
跟进程_上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实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。同样道理，由于中断会打断正常进程的调度和执行，所以大部分中断处理程序都短小精悍，以便尽可能快的执行结束。