你知道操作系统何时运行？

CTO练习营 | 12月3-5日，深圳，是时刻成为优良的技巧治理者了

这些内查对 CPU 周期性的劫持被称为滴答，也就是说，是中断让你的操作体系滴答了一下。不止如斯，中断也被用作处理一些软件事宜，如整数溢出和页缺点，个中未涉及外部硬件。中断是进入操作体系内核最频繁也是最重要的人口。对于进修电子工程的人而言，这些并无古怪，它们是操作体系赖以运行的机制。

请各位思虑以下问题：在你浏览本文的┞封段时光内，计算机中的操作体系在运行吗？又或者仅仅是 Web 浏览器在运行？又或者它们也许均处于余暇状况，等待着你的指导？

这些问题并不复杂，但它们深刻涉及到体系软件工作的本质。为了精确答复这些问题，我们须要透辟懂得操作体系的行动模型，包含机能、安然和除错等方面。在该系列文┞仿中，我们将以 Linux 为主举例来赞助你建立操作体系的行动模型，OS X 和 Windows 在须要的时刻也会有所涉及。对那些深度摸索者，我会在恰当的时刻给出 Linux 内核源码的链接。

这里有一个根本认知，就是，在随便率性给准时刻，某个 CPU 上仅有一个义务处于晃荡状况。大年夜多半情况下这个义务是某个用户法度榜样，例如你的 Web 浏览器或音乐播放器，但它也可能是一个操作体系线程。可以确信的是，它是一个义务，不是两个或更多，也不是零个，对，永远是一个。

这听上去可能话苄些问题。比如，你的音乐播放器是否会独有 CPU 而阻拦其它义务运行？大年夜而使你不克不及打开义务治理对象去杀逝世音乐播放器，甚至让鼠标点击也掉效，因为操作体系没有机会去处理这些事宜。你可能会愤而喊出，“它毕竟在搞什么鬼？”，并激发动乱。

此时便轮到中断大年夜显身手了。中断就比如，一声巨响或一次拍肩后，神经体系通知大年夜脑去感知外部刺激一般。计算机主板上的芯片组同样会中断 CPU 运行以传递新的外部事宜，例如键盘上的某个键被按下、收集数据包的达到、一次硬盘攫取的完成，等等。硬件外设、主板上的中断控制器和 CPU 本身，它们合营协作实现了中断机制。

说到这里，让我们再来看一些实际情况。下图示意了 Intel Core i5 体系中的一个网卡中断。图片中的部分元素设置了超链，你可以点击它们以获取更为具体的信息，例如每个设备均被链接到了对应的 Linux 驱动源码。

中断对于记录我们最器重的资本——时光——也至关重要。计算机启动过程中，操作体系内核会设置一个硬件急鹞鲼以让其产生周期性计时中断，例如每隔 10 毫秒触发一次。每当计时中断到来，内核便会收到通知以更新系一切计信息和盘点如下事项：当前用户法度榜样是否已运行了足够长时光？是否有某个 TCP 准时器超时了？中断赐与了内核一个处理这些问题并采取合适办法的机会。这就似乎你给本身设置了成天的周期闹铃并把它们用作检查点：我是否应当去做我正在进行的工作？是否存在更紧急的事项？直到你发明 10 年时光已逝去……

链接如下：

network card
USB keyboard
I/O APIC
HPET

让我们来细心研究下。起首，因为体系中存在浩瀚中断源，如不雅硬件只是通知 CPU “嘿，这里产生了一些工作”然后什么也不做，则不太行得通。这会带来难以忍耐的冗长等待。是以，计算机上电时，每个设备都被授予了一根中断线，或者称为 IRQ。这些 IRQ 然后被体系中的中断控制器映射成值介于 0 到 255 之间的中断向量。比及中断达到 CPU，它便具备了一个无缺定义的数值，异于硬件的某些其它诡异行动。

响应地，CPU 中还存有一个由内核保护的指针，指向一个包含 255 个函数指针的数组，个中每个函数被用来处理某个特定的中断向量。后文中，我们将持续深刻商量这个数组，它也被称作中杜绫氰述符表（IDT）。

每傍边断到来，CPU 会用中断向量的值去索引中杜绫氰述符表，并履行响应处理函数。这相当于，在当前正在履行义务的高低文中，产生了一个特别函数调用，大年夜而许可操作体系以较小开销快速对外部事宜作出反竽暌功。推敲下述场景，Web 办事器在发送数据时，CPU 却借居调用了操作体系函数，这听上去要么很炫酷要么令人惊骇。下图展示了 Vim 编辑器运行过程一一个中断到来的情况。

此处请留心，中断的到来是若何触发 CPU 到 Ring 0 内核模式的切换而未竽暌剐改变当前活泼的义务。这看上去就像，Vim 编辑器直接面向操作体系内核产生了一次神奇的函数调用，但 Vim 还在那边，它的地址空间原封未动，等待下落行流返回。

这很令人振奋，不是么？不过让我们暂且告一段落吧，我须要合理控制篇幅。我知道还没有答复完这个开放式问题，甚至还本质上翻开了新的问题，但你至少知道了在你读这个句子的同时滴答正在产生。我们将在充分了对操作体系动态行动模型的懂得之后再回来寻求问题的谜底，对 Web 浏览器情况的懂得也会变得清楚。如不雅你如有问题，尤其是在这篇文┞仿公诸于众后，请尽管提出。我将会在文┞仿或后续评论中答复它们。下篇文┞仿将于明天在 RSS 和 Twitter 上宣布。

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【义务编辑：庞桂玉 TEL：（010）68476606】

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