机制：受限直接执行

1. 基本技巧：受限直接执行

limited direct execution
只需直接在CPU上运行程序即可。

两个问题：

1. 如果我们只运行一个程序，操作系统怎么能确保程序不做任何我们不希
   望它做的事，同时仍然高效地运行它？
2. 当我们运行一个进程时，操作系统如何让它停下来并切换到另一个进程，从而实现虚拟化 CPU 所需的时分共享？

2. 问题1：受限制的操作

一个进程必须能够执行 I/O 和其他一些受限制的操作，但又不能让进程完全控制系统。

受保护的控制权转移：
硬件通过提供不同的执行模式来协助操作系统。在用户模式（user mode） 下，应用程序不能完全访问硬件资源。在内核模式（kernel mode） 下，操作系统可以访问机器的全部资源。还提供了陷入（trap） 内核和从陷阱返回（return-from-trap） 到用户模式程序的特别说明，以及一些指令，让操作系统告诉硬件陷阱表（trap table） 在内存中的位置。

3. 问题2：在进程之间切换

操作系统如何重新获得 CPU 的控制权（regain control），以便它可以在进程之间切换？

协作方式：等待系统调用
在协作调度系统中，OS 通过等待系统调用，或某种非法操作发生，从而重新获得 CPU 的控制权。

非协作方式：操作系统进行控制

利用时钟中断重新获得控制权
即使进程以非协作的方式运行，添加时钟中断（timer interrupt）也让操作系统能够在 CPU 上重新运行。
操作系统必须通知硬件哪些代码在发生时钟中断时运行，在启动中，操作系统也必须启动时钟。在中断发生时，要为正在运行的程序保存足够的状态，以便随后从陷阱返回指令能够正确恢复正在运行的程序。

保存和恢复上下文
上下文切换（context switch）
操作系统要做的就是为当前正在执行的进程保存一些寄存器的值（例如，到它的内核栈），并为即将执行的进程恢复一些寄存器的值（从它的内核栈）。