環境切換（context switch）

想像一位廚師輪流烹調好幾道菜。要離開一道菜去接手另一道而不毀了任何一道，廚師必須記下每道菜當時的確切狀態（火力、計時、做到一半的部分），回來時再把那個狀態還原。環境切換就是作業系統為行程做這件事：把當前執行中行程的一切保存起來，並載入下一個行程的一切，好讓 CPU 從執行其一切換到執行另一個。

一步步來看，當作業系統決定切換時（因為時間配量用完、來了中斷、或執行中的行程阻塞了），它把執行中行程的環境——也就是它的 CPU 暫存器與程式計數器——存進該行程的 PCB；接著選出下一個行程，把它被保存的環境從它的 PCB 載回 CPU 暫存器，更新記憶體管理狀態（例如分頁表指標）指向那個行程的位址空間，並從那個行程被保存的程式計數器處恢復執行。離開的行程在半途凍結；到來的行程則在它先前停下的確切位置解凍。

環境切換正是讓單顆 CPU 上的多工成為可能的東西：靠著切換得夠快，作業系統營造出眾多行程同時執行的錯覺。但它並非免費。保存與還原的工作是純粹的額外負擔（其間沒有任何使用者運算發生），而切換到不同的位址空間可能清空快取與 TLB，使新行程「冷」啟動、短暫地跑得更慢。這正是為什麼切換太頻繁會傷害產出率，也是為什麼區分「有用的工作」與「切換的額外負擔」很重要。要注意，在同一行程的多條執行緒之間切換比較便宜，因為它們共用同一個位址空間。