Kontextskift

Kontextskift er et grundlæggende begreb i datalogi og operativsystemteori. Det beskriver processen, hvor CPU'en skifter fra at køre en opgave til en anden ved at gemme tilstanden til den nuværende opgave og indlæse tilstanden hos den næste. Kontextskift gør multitasking muligt: Flere processer eller tråde kan dele en enkelt CPU uden at miste fremskridt.

Den gemte tilstand kaldes ofte kontekstdata og findes typisk i en struktur som process control block (PCB) eller thread control block (TCB). Den omfatter programtæller, generelle registre, stack pointer og information om hukommelsesstyring, åbne filer og andre ressourcer. Afhængigt af arkitektur kan der desuden være oplysninger relateret til cache og TLB under skiftet.

Et kontekstskift udløses normalt af scheduleren: tidsplanen via en timer-interruption, en I/O-komplettering eller et systemkald, der kræver at en anden opgave får køreplads. Når skiftet initieres, gemmes den aktuelle tilstand i dens PCB/TCB og tilstanden for den næste opgave indlæses og aktiveres. Herefter fortsættes eksekveringen.

Der findes forskellige typer af kontekstskift: preemptive skift involverer en OS-scheduler, der afbryder kørsel, mens cooperative skift sker, når en opgave frivilligt giver op. Overhead er en vigtig præstationsfaktor, fordi hvert kontekstskift kræver gemning og genskabelse af mange registre og kan føre til cache- og TLB-misses, hvilket øger latency og reducerer gennemløb.

Optimering af kontekstskift inkluderer design af en effektiv scheduler, at placere arbejde sådan, at de fleste skift sker på samme kerne for at bevare cachelokalitet, og at minimere skiftetid i realtidsystemer. For realtidsapplikationer kan konstante og lav ventetid være påkrævet.