一个程序在不中断 Windows 操作系统上的其他程序的情况下同时使用寄存器的情况如何？ [复制]

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）？

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？

或者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之前，OS 内核都会保存旧线程的状态（寄存器）并在新线程可以继续之前恢复新线程的状态。这称为上下文切换。切换发生在内核模式下，如果切换到的线程位于不同的进程中，它还必须更改虚拟内存映射。

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

MSDN 对 Windows 上的how context switching works 进行了粗略概述：

调度器为每个线程维护一个可执行线程队列 优先级。这些被称为就绪线程。当一个处理器 变得可用时，系统执行上下文切换。中的步骤 上下文切换是：

• 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末尾以获得优先级。
• 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，加载其上下文并执行它。

...

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.