linux进程切换

1. 内核堆栈：每个进程在内核模式下运行时都有自己的内核堆栈。这个堆栈保存了进程在内核模式下的运行状态，包括函数调用时传递的参数、局部变量和返回地址等。

2. 用户态与内核态：进程通常在用户态下运行，当执行系统调用或响应中断时进入内核态。在内核态，进程对硬件资源有更高级别的控制。

3. 返回地址：当系统调用或中断发生时，CPU从用户态切换到内核态并保存返回用户态的地址。当内核完成处理后，通过这个地址返回用户态继续执行原进程。

进程切换的实质操作发生在内核堆栈上。当操作系统决定将CPU从当前进程切换到另一个进程时，它会保存当前进程的内核堆栈信息（即执行“保存上下文”），然后加载新的进程的内核堆栈信息（即执行“恢复上下文”）到CPU。

关键步骤是修改内核堆栈上的返回地址：

• 对于当前正在运行的进程，其在内核堆栈上的信息会被保存，包括即将返回到用户态执行的地址。
• 当要切换到新的进程时，操作系统会更改内核堆栈上的数据为新进程的堆栈信息，并设置新的返回地址为新进程的用户态地址。

当操作系统做好这些更改后，它将“返回”到新进程的用户态，从新进程保存的那个点继续执行。从用户的角度看，CPU似乎从一个进程“跳”到了另一个。实际上，这个“跳”是通过保存和恢复不同进程的上下文、修改内核堆栈上的数据完成的。这样，一个进程切换到另一个进程的过程就完成了，CPU现在执行新的进程代码。

内核态：

在内核态可以理解为不分进程，进入内核态就不分了。只在内核态返回到用户进程才有意义。

1. 进程上下文: 在用户态，操作系统为每个运行的程序提供了一个独立的进程上下文，包括虚拟内存空间、文件句柄、安全权限等。每个进程都拥有自己独立的用户态环境，操作系统通过进程间切换（Context Switch）来管理多任务。

2. 内核态简化: 在内核态，虽然当前可能是响应某个进程的系统调用进入的，但是由于所有进程共享相同的内核空间和内核资源，所以在一些操作中不需要考虑是哪个用户进程在请求服务。

3. 共享内核资源: 内核态代码直接运行在处理器的最高权限级别，访问的是全局的、不属于特定进程的资源。比如内核的调度器、内存管理单元、I/O处理系统等，都是服务于所有进程的共享资源。

4. 安全隔离与共享: 即使在内核态有时也需要知道当前操作是由哪个进程触发的（例如管理进程的内核栈、确保访问权限等），但许多低级别的内核操作本身是与发起请求的特定进程无关的，比如硬件中断处理、定时器调度、底层网络数据包处理等。

linux内核如何加载多种不同的可执行文件？

1. shell 环境下调用execve同时载入命令行参数和环境变量
2. 库函数触发系统调用陷入内核态
3. system call 调用sys_execuve -> do_execve -> do_execve_common -> exec_binprm-> load_elf_binary

在系统初始化阶段调用了core_initcall(init_elf_binfmt); 

init_elf_binfmt 中将 elf_format全局变量注册在内核的fmt链表中，所以在 exec_binprm 中会在fmt链表中找到对应模块来解析ELF文件的头部信息。

调用 elf_format变量中的 load_elf_binary 方法，load_elf_binary 中最后调用start_thread 设置新的ip值，等该进程返回用户态时，就转而执行新的代码。

两种加载的方法：

静态库：直接执行可执行程序的入口

动态库：由ld来动态链接这个程序，再把控制权移交给可执行程序的入口