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>简介内核态，用户态，线程，进程，协程基本概念不再赘述。由User Application创建的线程，该线程会在内核态与用户态中间来回穿梭比如Throw Exception，就会由CLR 线程触发，从用户态切换到内核态，再切换回用户态。时钟中断的底层，是由主板上的硬件定时器产生，以固定的时间间隔(15.6ms)触发。windows作为消费端，来处理多线程任务调度/定时任务。操作系统获取到中断后，再自行分配时间片，每个线程在一个时间片里获得CPU的运行时间，等时间片用完后，再由操作系统分配给下一个线程windows 客户端一个时间片为 2个时钟中断 (15.62=31.5ms)windows 服务端一个时间片为 12个时钟中断 (15.612=187.2ms,主要是为了更高的吞吐量)CLR via C# 一文中说windows每30ms切换一次就是这个原因。当一个线程时间片用完后，操作系统会将新的时间片转移给其它线程。以实现“多线程”效果。使用windbg进入内核态，使用nt!KeMaximumIncrement命令查看看它的值注意，单位为100ns,因此156250*100/1000/1000=15.625msWindows会给每一个 CPU核 分配一个_KPCR的内存结构，用来记录当前CPU的状态。并拓展了_KPRCB来记录更多信息。关键信息就是存储着 CuurentThread/NextThread/IdleThread(空闲线程)dt命令是一个非常有用的显示类型信息的工具，主要用于查看和分析数据结构的布局和内容使用!running命令，可以看到当前 CPU核 正在执行的线程每个线程都有以下要素，这是创建线程无法避免的开销。1、线程内核对象(Thread Kernel Object)OS中创建的每一个线程都会分配数据结构来承载描述信息Windows会给每一个 Thread 分配一个_ETHREAD的内存结构，用来记录当前线程的状态，其中就包括了线程上下文(Thread Context)2、线程环境块(Thread Environment Block, TEB)TEB是在用户态中分配的内存块，主要包括线程的Exception，Local Storage等信息3、用户态线程栈(User-Mode Stack)我们常说的栈空间就是指的这里,大名鼎鼎的OOM就出自于此4、内核态线程栈(Kernel-Mode Stack)处于安全隔离考虑，在内核态中复制了一个同样的栈空间。用来处理用户态访问内核态的代码。眼见为实上下文切换的本质就是，备份被切换线程寄存器的值，到该线程的上下文中。再从切换后的线程中，读取上下文到寄存器中。举个简单的例子就是，我跟你轮流打游戏，我玩的时候要先加载我的存档，轮到你玩的时候，我再保存我的存档。你玩的时候重复这一过程。上下文切换是净开销，不会带来任何性能上的收益。因此优化程序的一个思路就是降低上下文切换寄存器的数量越多成本就越高，以AMD 7840HS处理器为例,总共有17个寄存器如果线程切换是在同一个进程中，它们共享用户态的虚拟内存空间。所以当线程切换的时候，就有可能命中CPU的缓存(比如线程之间共享的变量，代码)。如果在不同的进程中,线程的切换则会导致用户态的虚拟内存空间都失效，进而导致CPU缓存失效。/*主代码入口*/
PUBLIC KiSwapContext
.PROC KiSwapContext
/* Generate a KEXCEPTION_FRAME on the stack */
/* 核心逻辑：把寄存器全部备份一遍 */
GENERATE_EXCEPTION_FRAME
/* Do the swap with the registers correctly setup */
/* 将新线程的地址，交换到R8寄存器上 */
mov r8, gs:[PcCurrentThread] /* Pointer to the new thread */
call KiSwapContextInternal
/* Restore the registers from the KEXCEPTION_FRAME */
/* 把之前保存的寄存器值恢复到CPU寄存器 */
RESTORE_EXCEPTION_STATE
/* Return */
ret
.ENDP
MACRO(GENERATE_EXCEPTION_FRAME)
/* Allocate a KEXCEPTION_FRAME on the stack */
/* -8 because the last field is the return address */
sub rsp, KEXCEPTION_FRAME_LENGTH - 8
.allocstack (KEXCEPTION_FRAME_LENGTH - 8)
/* Save non-volatiles in KEXCEPTION_FRAME */
mov [rsp + ExRbp], rbp
.savereg rbp, ExRbp
mov [rsp + ExRbx], rbx
.savereg rbx, ExRbx
mov [rsp +ExRdi], rdi
.savereg rdi, ExRdi
mov [rsp + ExRsi], rsi
.savereg rsi, ExRsi
......省略
ENDM
MACRO(RESTORE_EXCEPTION_STATE)
/* Restore non-volatile registers */
mov rbp, [rsp + ExRbp]
mov rbx, [rsp + ExRbx]
mov rdi, [rsp + ExRdi]
mov rsi, [rsp + ExRsi]
mov r12, [rsp + ExR12]
mov r13, [rsp + ExR13]
mov r14, [rsp + ExR14]
mov r15, [rsp + ExR15]
movaps xmm6, [rsp + ExXmm6]
......省略
/* Clean stack and return */
add rsp, KEXCEPTION_FRAME_LENGTH - 8
ENDM https://github.com/reactos/reactos/blob/master/ntoskrnl/ke/amd64/ctxswitch.S在上面说到的逻辑核数据结构_KPRCB中，有三个属性。单链表的DeferredReadyListHead，双链表的WaitListHead， 二维数组形态的DispatcherReadyListHead。简单来说，当线程切换时，逻辑核从DispatcherReadyListHead根据线程优先级切换高优先级线程。如果线程主动放弃了时间片(thread.yield/thread.sleep),则会把线程放入DeferredReadyListHead。WaitListHead则用于存放那些正在等待某些事件发生的线程，如等待 I/O 操作完成、等待某个信号量或者等待互斥体等可以看到DispatcherReadyListHead大小为32，主要是因为windows将线程优先级设为了0-31不同的级别。https://github.com/reactos/reactos/blob/master/sdk/include/ndk/amd64/ketypes.hC#线程的底层是CLR托管线程，而CLR的承载是操作系统线程。因此它们都有一一对应的关系。分别对应C#线程（Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)，CLR线程，OS线程static void Main(string[] args)
{
var testThread = new Thread(DoWork);// 这个阶段只会在CLR中创建Thread,在OS上没有创建
testThread.Start();//CLR底层会调用系统api,创建OS线程
} 如果你觉得这篇文章对你有帮助，不妨点个赞支持一下！你的支持是我继续分享知识的动力。如果有任何疑问或需要进一步的帮助，欢迎随时留言。也可以加入微信公众号[DotNet技术匠] 社区，与其他热爱技术的同行一起交流心得，共同成长！作者：叫我安不理 出处：cnblogs.com/lmy5215006/p/18556052声明：网络内容，仅供学习，尊重版权，侵权速删，歉意致谢！纯技术交流群，需要加入的小伙伴请扫码，并备注【加群】C# 开源高效灵活的跨平台框架 Uno Platform
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