操作系统的执行

现代操作系统是由中断驱动的，在没有用户需要响应时，操作系统会等待直到某个事件的发生。事件总是由中断或陷阱引起的。陷阱(或者叫异常)是一种软件生成的中断，或源于出错，或源于请求系统调用。

由于操作系统和用户共享计算机系统的资源，而且用户一般有多个程序在运行，因此需要确保用户程序的出错仅影响自身，不会影响操作系统或其他用户程序。

双重模式和多重模式

为了确保操作系统的正确运行，必须区分操作系统代码和用户代码的执行。大多数计算机系统采用硬件支持，以便区分各种执行模式。

至少需要两种单独的运行模式：用户模式(user mode)和内核模式(kernel mod)(或者叫监视模式 superviso mode，系统模式 system mode，特权模式 privileged mode)。比如，计算机硬件可以用一个模式位表示当前模式，内核模式(0)和用户模式(1)。通过模式位就可以完成区分，当计算机系统执行用户应用时就处于用户模式。当用户请求系统调用时，系统会从用户模式切换到内核模式执行请求，执行完请求后，会切换回用户模式。

示意图：

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补充：

其实Intel的CPU将特权级别分为4个级别：RING0,RING1,RING2,RING3。但是由于一般的处理器架构都只能区分两种级别，所以基本上现代操作系统都只使用两个特权级别(Ring 0 和Ring 1)。

当计算机启动时，硬件从内核模式开始。操作系统加载完成后，转换到用户模式下执行用户程序。一旦事件发生(中断或陷阱)，则切换到内核模式，处理事件。

双重模式如何保护？

将可能引起损害的机器指令作为特权指令，只能在内核模式下执行。特权指令包括：I/O控制、定时器管理、中断管理等(切换到内核模式也是特权指令)。

定时器

用户程序可能会陷入死循环，为防止用户程序一直占用CPU，需要对其进行限制。完成这一目标的方式是使用定时器。

定时器可以设置在一定周期和触发中断，周期可以是固定或可变的。可变定时器可通过固定速率的时钟和计数器来实现，比如：每次时钟滴答时，计数器递减。计数器为零时，触发中断。