请各位思考以下问题：在你阅读本文的这段时间内，计算机中的操作系统在运行吗？又或者仅仅是 Web 浏览器在运行？又或者它们也许均处于空闲状态，等待着你的指示？
这些问题并不复杂，但它们深入涉及到系统软件工作的本质。为了准确回答这些问题，我们需要透彻理解操作系统的行为模型，包括性能、安全和除错等方面。在该系列文章中，我们将以 Linux 为主举例来帮助你建立操作系统的行为模型，OS X 和 Windows 在必要的时候也会有所涉及。对那些深度探索者，我会在适当的时候给出 Linux 内核源码的链接。
这里有一个基本认知，就是，在任意给定时刻，某个 CPU 上仅有一个任务处于活动状态。大多数情形下这个任务是某个用户程序，例如你的 Web 浏览器或音乐播放器，但它也可能是一个操作系统线程。可以确信的是，它是一个任务，不是两个或更多，也不是零个，对，永远是一个。
这听上去可能会有些问题。比如，你的音乐播放器是否会独占 CPU 而阻止其它任务运行？从而使你不能打开任务管理工具去杀死音乐播放器，甚至让鼠标点击也失效，因为操作系统没有机会去处理这些事件。你可能会愤而喊出，“它究竟在搞什么鬼？”，并引发骚乱。
此时便轮到中断大显身手了。中断就好比，一声巨响或一次拍肩后，神经系统通知大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件，例如键盘上的某个键被按下、网络数据包的到达、一次硬盘读取的完成，等等。硬件外设、主板上的中断控制器和 CPU 本身，它们共同协作实现了中断机制。
中断对于记录我们最珍视的资源——时间——也至关重要。计算机启动过程中，操作系统内核会设置一个硬件计时器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统统计信息和盘点如下事项：当前用户程序是否已运行了足够长时间？是否有某个 TCP 定时器超时了？中断给予了内核一个处理这些问题并采取合适措施的机会。这就好像你给自己设置了整天的周期闹铃并把它们用作检查点：我是否应该去做我正在进行的工作？是否存在更紧急的事项？直到你发现 10 年时间已逝去……
这些内核对 CPU 周期性的劫持被称为滴答tick，也就是说，是中断让你的操作系统滴答了一下。不止如此，中断也被用作处理一些软件事件，如整数溢出和页错误，其中未涉及外部硬件。中断是进入操作系统内核最频繁也是最重要的入口。对于学习电子工程的人而言，这些并无古怪，它们是操作系统赖以运行的机制。
说到这里，让我们再来看一些实际情形。下图示意了 Intel Core i5 系统中的一个网卡中断。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详细的信息，例如每个设备均被链接到了对应的 Linux 驱动源码。
链接如下：
让我们来仔细研究下。首先，由于系统中存在众多中断源，如果硬件只是通知 CPU “嘿，这里发生了一些事情”然后什么也不做，则不太行得通。这会带来难以忍受的冗长等待。因此，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 然后被系统中的中断控制器映射成值介于 0 到 255 之间的中断向量。等到中断到达 CPU，它便具备了一个完好定义的数值，异于硬件的某些其它诡异行为。
相应地，CPU 中还存有一个由内核维护的指针，指向一个包含 255 个函数指针的数组，其中每个函数被用来处理某个特定的中断向量。后文中，我们将继续深入探讨这个数组，它也被称作中断描述符表（IDT）。
每当中断到来，CPU 会用中断向量的值去索引中断描述符表，并执行相应处理函数。这相当于，在当前正在执行任务的上下文中，发生了一个特殊函数调用，从而允许操作系统以较小开销快速对外部事件作出反应。考虑下述场景，Web 服务器在发送数据时，CPU 却间接调用了操作系统函数，这听上去要么很炫酷要么令人惊恐。下图展示了 Vim 编辑器运行过程中一个中断到来的情形。
