本文內容關注一種內核工作的基本機制——中斷和異常。標題稱這種機制爲內核的動力，或許不那麼恰當，主要想強調中斷和異常對內核工作的重要性。對於操作系統上層的應用程序開發者而言，或許感覺離中斷和異常的機制很遠，因爲我們不需要開發內核。但是畢竟我們使用的是內核所提供的各種服務，理解內核的基本運作原理能夠幫助我們更好地寫程序、優化程序。
問在前面：
- 通常所說的“陷入內核”，是怎麼個陷入法呢？
- 我們的網卡收到數據，內核怎麼知道該去處理數據了呢？時刻去輪詢一下，恐怕不太現實？
- 我們訪問了一個非法的內存地址，或者執行了一個除0操作。毫無懸念，內核崩潰。那麼內核是怎麼知道進程崩潰了，該來收拾這個爛攤子了？
直觀來看，內核是什麼？
內核地址空間和進程的地址空間相互獨立？
我們都知道，Linux內核與進程的地址空間相互獨立。這是什麼意思？直觀的比喻就是，每個進程在自己的內存區域工作，內核也在自己的區域工作，它們之間互相都是不可見的。（這點由虛擬內存管理機制保證）。在同一個地址空間內部，我們可以簡單的使用函數調用（或者說過程調用）來使用別的函數提供的功能。比如，你自己寫的程序，函數funcA調用funcB。又比如，在Linux內核內部，函數可以直接調用。但是在兩個地址空間之間，交互就沒那麼容易了。比如，如果進程想要使用內核提供的服務（文件讀寫，網絡通信等等），怎麼做呢？答案是，系統調用（陷入內核）。
系統調用怎麼實現呢？
系統調用的目的就是進程能夠使用內核的服務。但是具體是怎麼向內核發起調用（請求）的呢。答案是中斷。我們知道，CPU不斷的取指令，執行指令。我們跟CPU約定好，如果遇到一種指令，叫“軟中斷指令”，CPU就保存當前進程的上下文，改變CPU的模式，然後跳轉到內核的中斷向量表，獲取“軟中斷處理程序”的地址，然後執行。這就算陷入內核了。
內核是由中斷驅動的一個程序實體
內核由各種各樣的服務組件組成，各種系統調用、文件系統、網絡系統、調度子系統等等。各種各樣的內核活動的產生並不是憑空的，都是需要某種方式驅動，這就是中斷。調度：定時器按一個時間片的週期觸發一箇中斷，內核由此觸發一次調度過程。系統調用：進程觸發一個軟中斷，內核由此執行一個具體的系統服務。設備驅動:網卡收到數據，觸發一次中斷，內核由此執行一次對網卡的讀操作。等等。
中斷和異常
本質上，中斷和異常屬於同一個範疇。
我們知道，CPU的工作就是不斷的取指令，執行指令。每執行一次指令，或者在執行指令期間會發生三種情況：
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- 指令按預想的結果執行，然後取下一條指令，繼續執行。
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- 這是一條特殊指令，預示一種異常的流向。比如除0操作，越界訪問，缺頁異常或者系統調用的軟中斷指令。
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- 執行期間，外部設備觸發了一箇中斷，而CPU不得不響應這個中斷，轉去執行中斷服務程序。這是另一種類型的異常流向。
對於第2種情況，我們稱之爲異常。就是CPU執行指令過程中出現的異常情況。因爲它是CPU執行完一條指令之後觸發的，所以也稱爲“同步中斷”。對於第3種情況，稱爲“中斷”，CPU隨時都有可能收到外部設備的中斷，具有隨機性，也稱之爲“異步中斷”。
不管是中斷還是異常，它們的處理程序都是內核來執行的。
中斷上下文與進程上下文
首先談進程上下文：
示例：
同樣是一次read調用，進程A和進程B得到效果是不一樣的，進程A讀取文件a，獲取到x個字節；進程B讀取文件b，獲取到y個字節。而內核肯定只有一個read調用。
內核如何做到區別對待？
只告訴內核執行什麼系統調用是不夠的，內核必須知道，爲哪個進程服務，讀取哪個文件，預期讀取多少個字節，要拷貝用戶緩衝的目的地址等等。簡言之，內核需要一個執行環境，這個環境就是所謂的“進程上下文”。即，當一個進程正在進行時，CPU所有寄存器中的值、進程的狀態以及堆棧中的內容稱之爲進程的上下文。所以，進程執行系統調用，“內核代表進程執行，在進程上下文”。
再來就是中斷上下文，和進程上下文是一個道理，當硬件觸發中斷的時候，內核需要獲取到當前該硬件的各種變量和參數，內核根據這些參數來執行中斷服務程序。而硬件傳過來的各種參數和內核需要保存的一些環境（被中斷的進程環境），可以看作是中斷上下文。
總結
總的來說，內核就是一堆處理過程合成的實體。它基本沒有主動性，靠的是各種中斷來驅動的。進程有需求了，觸發中斷告訴它；程序執行出錯了，觸發中斷告訴它；設備狀態變化了，還是觸發中斷告訴它；時間片到期，該調度了，觸發中斷告訴它