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没有操作系统的情况下，通常只会跑一个程序，它占用100%的CPU、内存、存储空间等一切资源。但是在现代人的操作习惯上，通常需要同时运行多个程序。在程序运行中，CPU负责执行程序中编写的指令。那么同时运行多个程序，CPU又该如何正确的执行每个程序的指令呢？
CPU虚拟化核心问题是如何用单个cpu模拟出多个cpu效果，也即CPU的复用。实现复用方式有两种，时分复用，将60秒分为两部分，A程序执行前60秒B程序执行后60秒，下一个60秒也是如此，从而达到复用效果，并且拆分的时间细小到一定程序，程序就会感觉自己独占CPU。另外一种方式是物理拆分，比如运行两个程序，通过物理隔离方式让CPU一分为二，两个程序各占用一个。
物理隔离的方式基本没有见过，能否实现也是另说，只探讨时分复用的虚拟化方式。
时分复用方案设计
大体思路我们已经达成共识并且看起来非常简单，A进程先执行，B进程在执行。
由此，问题就来了，A进程执行时，如何打断cpu执行执行A转而执行B呢？中断CPU执行并重新获取CPU执行权限可以通过硬件的中断实现，CPU的硬件可以设置中断程序，当中断时可以跳转到执行中断程序。通过中断程序，可以停止A进程的执行。但B进程如何启动呢?
来回顾下进程执行流程。
- 从硬盘加载进程的可执行文件到内存中。可执行文件中存储了进程的代码指令以及所需的数据。
- 为进程分配所需要的堆栈空间
- CPU从内存读取代码指令，重复执行该动作，直到进程结束。
所以，如果让B启动，还需要在中断程序中写入一段代码来加载并运行进程。现在实现了从一个进程停止到执行另外一个进程的过程。下一个问题是当B进程停止，如何让A进程恢复到原来执行的位置继续执行？所以当A被中断停止执行时，需要保存当前A进程执行到几个指令，当前的堆栈变量也要保存。然后当再次执行到A进程时，将这些变量进行复原，从而恢复执行。这个过程称为上下文切换，这段中断程序又被称为操作系统。
上下文切换过程中上下文变量保存在哪里呢?磁盘肯定不现实，因为磁盘IO和CPU运算不在一个级别，通常是存在内存中。
用户模式与内核模式
你以为这就完了吗？这才刚刚开始。AB两个进程运行。比如都进行磁盘写入，并且同一个文件。这显然会产生不可描述的数据。为此，希望能有一个中间商，从中进行协调，当某个进程在对文件进行写入时，不让其它进程进行写入。除了磁盘资源，还有网络带宽，CPU，内存等资源也希望得到控制。
为了满足以上需求，对于一些重要的操作，比如读写磁盘，读写网卡，分配内存等操作只能够让操作系统来执行。其它进程要执行这样的操作，会触发硬件中断，通过操作找到对应的操作系统处理程序进行执行(有一个提前分配好的操作对应处理程序的映射表，这个表称为陷阱表)。
收到限制的程序运行环境称为用户模式，而不受限制的运行模式称为内核模式。当然从用护模式进入到内核模式在返回，需要两次进程切换。
进程调度
当需要同时执行的进程变多时，问题变得复杂了。当有10个进程同时执行，在中断把CPU执行权限回归到操作系统，操作系统应该选择10个中的哪个进行执行呢?下面简单的介绍一些调度策略。
策略指标，判断一个策略的好坏可以通过周转时间(任务完成时间 - 任务到达CPU时间)判断。周转时间越低，说明CPU调度策略越优异。
FIFO
先进先出执行。其有点是简单。但其缺点是某些情况下周转时间长。因为如果有三个进程a，b，c，分别执行100，10，10秒。a先执行会导致b，c进程的周转时间变长。
最短任务优先
由于上面例子不足，所以设计一个优先队列，进程用时最短的先执行，用时最长的后执行。要实现这个，首先需要解决的就是如何判断任务执行时长。如何评估进程时间本人也不太清楚。
