windows OS 上的多个程序同时使用寄存器而不中断其他程序的情况如何？

Question

我一直想知道同时运行的多个程序如何使用 CPU 寄存器而不会导致 Windows 操作系统上的程序之间发生冲突。

Windows 操作系统是否使用“虚拟寄存器”来避免这种情况（多个程序同时使用相同的寄存器）？

因此，例如，如果两个程序使用eax寄存器，操作系统真的会改变物理eax寄存器吗？

还是像我上面提到的那样使用一些“虚拟寄存器”？

Answer 1

操作系统不使用虚拟寄存器，改变了物理寄存器。

在过去，机器只有一个 CPU 内核，并且在任何时间点实际上只有一个线程在运行。 每次在不同的线程可以开始运行操作系统之前，kernel 将保存旧线程的 state（寄存器）并在新线程继续之前恢复新线程的 state。 这称为上下文切换。 切换发生在 kernel 模式下，如果它切换到的线程位于不同的进程中，它还必须更改虚拟 memory 映射。

在具有多个内核的系统上，多个线程可以同时运行，并且每个内核都有自己的一组寄存器。

MSDN 粗略概述了上下文切换在 Windows 上的工作原理：

调度程序为每个优先级维护一个可执行线程队列。 这些被称为就绪线程。 当处理器可用时，系统会执行上下文切换。 上下文切换的步骤是：

• 保存刚刚完成执行的线程的上下文。
• 将刚刚执行完毕的线程放在队列的末尾，以获得它的优先级。
• 找到包含就绪线程的最高优先级队列。
• 移除队列头部的线程，加载它的上下文，然后执行它。

...

上下文切换的最常见原因是：

• 时间片已过。
• 具有更高优先级的线程已准备好运行。
• 正在运行的线程需要等待。

如果您的程序在抢占式多任务操作系统上运行，那么您不必考虑上下文切换的发生方式和原因，您可以假装始终控制寄存器并且您的程序是唯一运行的程序。