Context switch nedir? Neden maliyetlidir?

Context switch, CPU'nun çalışmakta olan bir thread/process'i durdurup başka birini çalıştırmaya geçmesidir. İşletim sistemi zamanlayıcısı (scheduler) bunu çok çekirdekli olsa bile sürekli yapar; böylece aynı anda çalışıyormuş izlenimi oluşur.

Ne zaman olur?

• Zaman dilimi (time slice) dolunca: preemptive zamanlama.
• Thread I/O beklemeye, kilide veya sleep'e girince: gönüllü bırakma.
• Daha yüksek öncelikli bir iş hazır olunca.
• Kesme (interrupt) işlenirken.

Adımlar

1. Mevcut iş parçacığının durumu (register'lar, program sayacı, stack pointer) PCB/TCB'ye kaydedilir.
2. Scheduler sıradaki işi seçer.
3. Yeni işin durumu yüklenir.
4. Farklı bir process'e geçiliyorsa adres alanı da değişir: sayfa tablosu değiştirilir ve TLB büyük oranda geçersizleşir.

Neden maliyetli?

• Doğrudan maliyet: kayıt/yükleme ve çekirdek moduna geçiş (mikrosaniyeler mertebesinde).
• Dolaylı maliyet (asıl büyük olan): CPU önbellekleri ve TLB yeni iş için "soğuk"tur; önbellek ıskaları performansı düşürür.
• Thread geçişi, aynı adres alanında kaldığı için process geçişinden ucuzdur.

Pratik sonuçları

• Binlerce thread açmak çok fazla context switch'e yol açar; bunun yerine thread havuzu kullanılır.
• Node.js event loop, Go goroutine'leri, Java virtual thread'leri, asyncio gibi modeller, çok sayıda eşzamanlı işi az sayıda OS thread'iyle yürüterek bu maliyeti azaltır.