栈基址寄存器、页基址寄存器、程序计数器
在进程切换过程中，栈基址寄存器 (Stack Base Pointer, SBP)、页基址寄存器 (Page Base Register, PBR) 和程序计数器 (Program Counter, PC) 扮演着至关重要的角色，它们共同确保了进程上下文在切换时的正确保存和恢复。
1. 程序计数器 (PC):
- 作用: PC 指向下一条将要执行的指令的内存地址。它是进程执行流的关键指标。
- 进程切换时的作用: 在进程切换时，操作系统必须保存当前进程的 PC 值。当系统切换回该进程时，操作系统会将保存的 PC 值恢复到 PC 寄存器，从而使进程从中断的地方继续执行。 这确保了进程的执行不会被打断或错误地继续。 如果没有保存和恢复 PC，进程恢复后将从一个完全不相关的内存地址开始执行，导致程序崩溃。
2. 栈基址寄存器 (SBP):
- 作用: SBP 指向进程栈的底部（或顶部，取决于具体的体系结构）。进程栈用于存储局部变量、函数参数、返回地址等信息。
- 进程切换时的作用: 操作系统必须保存当前进程的 SBP 值。 这是因为每个进程都有自己的独立栈空间。当操作系统切换到另一个进程时，它需要加载新的 SBP 值，指向新进程的栈。否则，新进程可能会错误地访问或修改旧进程的栈数据，导致数据损坏或程序崩溃。 换句话说，SBP 保证了每个进程都有其独立的栈空间，互不干扰。
3. 页基址寄存器 (PBR) / MMU (Memory Management Unit):
- 作用: PBR (或更准确地说，MMU 的相关寄存器) 用于管理虚拟内存。它将进程的虚拟地址空间映射到物理内存地址空间。 现代操作系统很少直接使用显式的 PBR 寄存器，而是通过 MMU 来实现虚拟内存管理。 MMU 中包含了页表基址寄存器等用于管理页表的信息。
- 进程切换时的作用: 在进程切换时，操作系统必须更新 MMU 的相关寄存器，以便将新进程的虚拟地址空间映射到其对应的物理内存。 这是因为每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，即使它们可能共享部分物理内存。 如果没有这个步骤，新进程可能会尝试访问属于旧进程的物理内存区域，或者旧进程的数据会被新进程覆盖，导致严重的错误。 这包括：
- 页表基址寄存器更新: 将页表地址切换到新进程的页表。页表是虚拟地址到物理地址的映射表。
- TLB (Translation Lookaside Buffer) 清空或刷新: TLB 是 MMU 的高速缓存，存储最近使用的虚拟地址到物理地址的映射。 切换进程时，需要清空或刷新 TLB，以避免使用旧进程的映射信息。
总结:
在进程切换时，操作系统需要保存并恢复这三个寄存器的值，以确保每个进程都能在其独立的内存空间和执行环境中正确运行。 如果没有妥善处理这些寄存器，进程切换将导致严重的问题，例如程序崩溃、数据损坏、安全漏洞等等。 这三个寄存器共同维护了进程的上下文，保证了操作系统能够有效地管理多个并发进程。