假設一個計算機隻有一個 CPU（現代計算機有更多），但是同時有多個進程，虛拟化要做的就是将這個 CPU 虛拟成多個 CPU 并分給每一個進程使用，這樣在每一個進程看來，他們都是在獨自占用 CPU，事實上隻有一個 CPU。

首先我們說一下時分共享（time sharing）CPU 技術，通過允許資源由一個實體使用一小段時間，然後由另一個實體使用一小段時間，如此下去。在這裡，資源可以是 CPU，網絡鍊接等。有時間當然就有空間，所以也就有空分共享，相信大家這時也可以理解這個概念了，例如磁盤，一旦将塊分配給文件，在文件删除之前，不可能将它再分配給别人。

對于實現時分共享有很多的挑戰，第一個就是性能（性能這個問題在任何時候都是非常重要的）：如何在不增加系統開銷的情況下實現虛拟化。另外一個問題就是控制權：在運行程序時，要保留對 CUP 的使用權。操作系統需要掌控對 CPU 的控制，及時在運行程序時，不能讓程序肆無忌憚的使用 CPU，或者随意的訪問沒有權限的文件。綜上兩點，在保持控制權的同時獲得高性能，這是最大的挑戰。

接下來我們主要說一下“受限直接執行”這個機制。說白了，就是雖然程序直接運行在 CPU 上，但是是受限制的。這裡我們不得不提一種處理器模式：“用戶模式”與“内核模式”，在用戶模式下運行的代碼會受到限制，例如不能在用戶模式下發出 I/O 請求。内核模式相當于非常大的權限，運行的代碼可以做他想做的任何事，操作系統（或内核）就是在次模式下運行。所以我們的程序都是在用戶模式下運行，當程序有 I/O 請求時，是如何解決的呢？

參考書籍：操作系統導論

這個圖說的是操作系統啟動時，操作系統與硬件是如何處理中斷時鐘的。下面我們看一個進程切換的圖：

正如圖那樣，在兩個進程間的切換就是如此簡單：進程 A 正在運行，然後被中斷時鐘打斷。硬件保存寄存器并進入内核。在時鐘中斷處理程序中，操作系統決定從在運行的 A 進程切換到 B 進程。同時恢複寄存器進程 B，​然後切換上下文。具體來說就是通過改變棧指針來使用 B 的内核棧​。最後操作系統從陷阱返回，恢複 B 的寄存器并​運行。

是的，在兩個進程間就是這樣切換的，如果我們的操作系統最多隻支持同時運行兩個進程，那麼這個問題就不是問題了，但實際上，同時要運行的進程絕對不止兩個。所以，最主要的問題出現了，如何​調度這麼多的進程呢？也就是說，我們需要一個算法，這個算法在操作系統中，可以高效并穩定而且安全更加公平的調度進程​，從而達到對用戶而言，多個進程在同時進行。著名的算法有幾個，下一篇文章我們繼續聊​。​（碼字不易，感謝閱讀）

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