windows OS 上的多個程序同時使用寄存器而不中斷其他程序的情況如何？

Question

我一直想知道同時運行的多個程序如何使用 CPU 寄存器而不會導致 Windows 操作系統上的程序之間發生沖突。

Windows 操作系統是否使用“虛擬寄存器”來避免這種情況（多個程序同時使用相同的寄存器）？

因此，例如，如果兩個程序使用eax寄存器，操作系統真的會改變物理eax寄存器嗎？

還是像我上面提到的那樣使用一些“虛擬寄存器”？

Answer 1

操作系統不使用虛擬寄存器，改變了物理寄存器。

在過去，機器只有一個 CPU 內核，並且在任何時間點實際上只有一個線程在運行。 每次在不同的線程可以開始運行操作系統之前，kernel 將保存舊線程的 state（寄存器）並在新線程繼續之前恢復新線程的 state。 這稱為上下文切換。 切換發生在 kernel 模式下，如果它切換到的線程位於不同的進程中，它還必須更改虛擬 memory 映射。

在具有多個內核的系統上，多個線程可以同時運行，並且每個內核都有自己的一組寄存器。

MSDN 粗略概述了上下文切換在 Windows 上的工作原理：

調度程序為每個優先級維護一個可執行線程隊列。 這些被稱為就緒線程。 當處理器可用時，系統會執行上下文切換。 上下文切換的步驟是：

• 保存剛剛完成執行的線程的上下文。
• 將剛剛執行完畢的線程放在隊列的末尾，以獲得它的優先級。
• 找到包含就緒線程的最高優先級隊列。
• 移除隊列頭部的線程，加載它的上下文，然后執行它。

...

上下文切換的最常見原因是：

• 時間片已過。
• 具有更高優先級的線程已准備好運行。
• 正在運行的線程需要等待。

如果您的程序在搶占式多任務操作系統上運行，那么您不必考慮上下文切換的發生方式和原因，您可以假裝始終控制寄存器並且您的程序是唯一運行的程序。