作業系統如何有效地掌控CPU
作業系統的本質
作業系統本質上也是一個程序，它與其他使用者程序共享CPU。與普通程序不同的是，它具有硬體的所有訪問許可權。而使用者程序預設對硬體是沒有任何訪問許可權的，它只能通過系統呼叫，委託作業系統來完成這些操作。
問題
當作業系統在建立完一個程序後，會將CPU的控制權交給這個新建立的程序。上下文切換，大家應該都知道。作業系統要做的就是停止一個程序，然後再啟動另一個程序。很簡單是吧，那麼問題來了，作業系統的程式都不在運行了，它已經把CPU的使用權給其他程序了，怎麼對這個程序進行控制呢？
協作方式：等待系統呼叫
在過去的某些系統中曾經就使用過這種方式，在這種情況下，作業系統信任使用者程序可以正確地執行，不會出么蛾子。
以下兩種情況出現時，CPU會恢復作業系統程序：
注：trap handler和exception handler是在電腦開機的時候告知CPU的
作業系統就恢復了對CPU的控制，在這個時候它就可以決定要不要進行上下文切換。
缺點：
1.只能被動地等待使用者程序進行System Call或者出錯，作業系統才能恢復對CPU的控制
2.如果使用者程序沒有進行I/O操作，進入死迴圈，則作業系統永遠無法恢復控制，唯一的解決方法就是重啟
非協作方式：定時器中斷
以上方式有明顯的缺點，為了讓計算機提供穩定的服務，作業系統必須把對使用者程序進行把控。而要想把控程序則必須保持對CPU的控制權。
如果不能讓在CPU內部執行的程式讓出CPU，那能不能從外部侵入呢？
可以，早期的作業系統開發人員就想到用定時器中斷的方式來處理，定時器是單獨的一個硬體裝置，它可以獨立執行。每隔一段時間就給CPU一箇中斷訊號，打斷它的執行。
但是打斷歸打斷，怎麼恢復作業系統呢？
和上面一樣，CPU在開機的時候會被告知一個interrup handler，當中斷出現的時候，它的處理方式就是恢復作業系統程序。
準備工作
綜上，針對這個定時器中斷的方案，作業系統在電腦開機的時候，要做這幾件事，一個是開啟定時器，另一個是告知CPU，讓它知道當定時器中斷產生的時候該執行什麼程式碼。
注：時間片的大小一般是定時器中斷時間的倍數。所以當某次因中斷恢復OS的時候，剛好可以執行上下文切換。