上下文保护
当CPU在运行某个进程时遭遇中断或者发生进程切换，操作系统需要保存当前进程的执行状态，以便稍后能够恢复到该进程的执行点。这个过程叫做上下文保存（context saving），然后再进行相应的中断处理或调度其他进程。保存的数据不直接保存在进程的内部，而是保存在操作系统的管理区域（如进程控制块 PCB），并且包括当前CPU寄存器的内容、程序计数器等。
1. 中断和进程切换时的保存操作
在中断或进程切换时，操作系统需要将当前运行进程的执行状态（上下文）保存下来，以便后续恢复。保存的内容包括：
- CPU寄存器的值：包括通用寄存器、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、状态寄存器（如标志寄存器）。
- 程序计数器（PC）：它存储了当前正在执行的指令的地址。程序计数器的保存是为了确保中断处理或进程切换后，CPU能够从正确的地方继续执行。
- 堆栈：每个进程有一个堆栈，保存局部变量、函数调用的返回地址、调用参数等。当发生中断或进程切换时，堆栈内容也需要保存，以确保中断或进程恢复时能准确地恢复堆栈指针。
2. 保存的地方
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进程控制块（PCB）：操作系统为每个进程维护一个进程控制块（Process Control Block，PCB）。其中保存了进程的状态信息（如进程ID、优先级、调度信息、内存信息等）以及该进程的上下文信息。每当中断或进程切换发生时，操作系统会将当前进程的寄存器值、程序计数器、堆栈指针等保存到对应进程的PCB中。
具体来说，进程上下文通常包含以下内容：
- CPU的寄存器值（包括通用寄存器、程序计数器、堆栈指针等）。
- 进程的状态（如就绪、运行、阻塞）。
- 程序计数器（PC）的值。
- 堆栈信息。
- 其他内存管理相关的信息（如页表、段表等）。
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中断处理的堆栈：当发生中断时，CPU会将当前的程序计数器和其他相关寄存器值压入系统堆栈，以备中断处理程序（ISR）执行完毕后恢复。中断服务程序执行完毕后，操作系统会根据中断信息将进程的状态恢复，从而继续执行。
3. 中断时的操作过程
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触发中断：当发生中断（例如硬件中断或定时器中断）时，CPU会暂停当前正在执行的进程。
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保存当前上下文：CPU会将当前的寄存器状态（包括程序计数器、堆栈指针、通用寄存器等）压入到系统堆栈或操作系统的管理区域。对于进程的上下文，操作系统会将其保存到对应进程的PCB中。
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中断处理：操作系统会从中断向量表中找到对应的中断处理程序（ISR），并执行这个处理程序。中断处理可能包括硬件设备的处理、进程调度等。
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恢复上下文：中断处理完成后，操作系统会根据中断发生时的上下文信息（通常保存在进程的PCB中），恢复CPU的寄存器值、程序计数器、堆栈指针等信息，从而恢复到中断发生前的状态。如果是进程切换，操作系统会从另一个进程的PCB中恢复其上下文，切换到新进程。
4. 进程切换时的保存操作
进程切换（或上下文切换）是操作系统调度算法的一部分。在进程切换时，操作系统需要保存当前进程的状态，并恢复下一个进程的状态。这个过程与中断类似，但不同的是，进程切换通常是在操作系统的调度程序控制下发生的。
进程切换的过程包括：
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保存当前进程的上下文：操作系统会将当前进程的寄存器值、程序计数器、堆栈指针等保存在该进程的PCB中。
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选择下一个进程：操作系统根据调度算法选择一个下一个进程（通常是就绪队列中的进程）来运行。
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恢复下一个进程的上下文：操作系统会将下一个进程的上下文从该进程的PCB中恢复，并将CPU控制权转交给该进程。恢复的上下文包括寄存器值、程序计数器、堆栈指针等。
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继续执行：CPU恢复下一个进程的状态后，它将从上次保存的程序计数器位置继续执行。
5. 总结：保存数据的位置
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进程的内部存储：进程本身的内存空间（如堆栈、堆等）不会直接存储关于上下文切换的信息。这些内存区域用于存储程序运行过程中产生的数据、局部变量、堆栈帧等。
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操作系统内部存储：实际保存上下文的地方是操作系统的内部数据结构，最主要的是进程控制块（PCB），它保存了与进程状态相关的所有信息，包括寄存器状态、程序计数器等。
因此，当中断或进程切换发生时，操作系统并不会直接保存数据到进程的内部存储（如堆栈或堆内存），而是将这些数据保存在**操作系统的控制结构（如PCB）**中，以便后续恢复。