大家好，我是軒轅。

前幾天，讀者群里有人聊起了一個(gè)問(wèn)題：計(jì)算機(jī)為什么死機(jī)，死機(jī)的時(shí)候CPU在干什么？

我想起之前寫(xiě)過(guò)這方面的文章，想著估計(jì)有不少新粉沒(méi)有看過(guò)，就挖個(gè)墳給大家看看，這個(gè)有趣又能漲知識(shí)的問(wèn)題。

電腦死機(jī)，應(yīng)該每個(gè)接觸計(jì)算機(jī)的小伙伴都經(jīng)歷過(guò)吧。

尤其是早些年，電腦配置還沒(méi)現(xiàn)在這么高的時(shí)候，多開(kāi)幾個(gè)重量級(jí)應(yīng)用程序，死機(jī)就能如約而至，就算你把鍵盤(pán)上的CTRL+ALT+DELETE按爛了，任務(wù)管理器也出不來(lái)，最后只能默默含淚長(zhǎng)按關(guān)機(jī)按鈕，強(qiáng)制關(guān)機(jī)。

那么，你有沒(méi)有想過(guò)，電腦在死機(jī)的時(shí)候，它到底在干嘛呢？

眾所周知，計(jì)算機(jī)的核心中樞是中央處理器CPU。上過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的同學(xué)都被教導(dǎo)過(guò)：CPU是一根筋死腦筋，只知道不斷的取出指令來(lái)一條條執(zhí)行，直到關(guān)機(jī)方休。

所以理論上，死機(jī)分為兩種，一種是CPU罷工不干了，不再執(zhí)行下一條指令了，這屬于硬件死機(jī)，不過(guò)這種情況基本不會(huì)發(fā)生。

更多的是軟件層面的死機(jī)，也就是CPU被困在了某個(gè)地方出不來(lái)了，導(dǎo)致本該執(zhí)行的程序得不到執(zhí)行，看起來(lái)就是死機(jī)了一般。

聰明的你可能馬上想到，如果寫(xiě)一個(gè)死循環(huán)，把CPU陷在里面出不去，是不是就能死機(jī)了？比如這樣：

void dead_loop() {
  while (1) {
    ...
  }
}

你可以試一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)為CPU降溫的風(fēng)扇可能會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)，但計(jì)算機(jī)依舊能正常工作，并沒(méi)有死機(jī)。

死循環(huán)，CPU不是應(yīng)該一直在這里轉(zhuǎn)圈嗎？難道不會(huì)死機(jī)？

這就不得不提到一個(gè)概念：中斷。

中斷

中斷這個(gè)概念，絕對(duì)是計(jì)算機(jī)史上最偉大的發(fā)明之一。

中斷，顧名思義，用于打斷CPU正常的工作，讓它去執(zhí)行別處的指令程序。

操作系統(tǒng)之所以能夠掌控全局，就得益于它啟動(dòng)時(shí)給CPU安插的一系列的中斷處理函數(shù)（比如我們最常見(jiàn)的時(shí)鐘中斷），好讓操作系統(tǒng)能周期性的收回CPU的執(zhí)行權(quán)，調(diào)度別的線程來(lái)執(zhí)行。

所以，即便你某個(gè)線程進(jìn)入了死循環(huán)，在你的時(shí)間片用完之后，也得乖乖交出CPU，讓別的程序來(lái)執(zhí)行。

想用一個(gè)死循環(huán)就把電腦搞死機(jī)，那自然是不可能的。

其實(shí)想來(lái)也是，如果這么容易就給你搞死機(jī)了，那這操作系統(tǒng)也太菜了吧，新手如果剛學(xué)編程，還不得一天強(qiáng)制重起電腦十幾回？

退一萬(wàn)步講，就算不考慮中斷的影響，現(xiàn)在的CPU大都是多核，一個(gè)線程進(jìn)入死循環(huán)，但還有別的核可以參與系統(tǒng)調(diào)度，也依然不會(huì)死機(jī)。

那么回到開(kāi)始的問(wèn)題，那到底CPU被困在了哪里出不來(lái)，連中斷都拿它沒(méi)辦法呢？

其實(shí)有兩種情況：

1、中斷確實(shí)拿它沒(méi)辦法

很多人都知道中斷的概念，但很多人不知道，中斷也是有優(yōu)先級(jí)的。

這很容易理解，比如CPU正在執(zhí)行程序，突然發(fā)生了一個(gè)中斷事件。CPU保存好當(dāng)前執(zhí)行的上下文，轉(zhuǎn)頭去處理這個(gè)中斷事件，但剛處理到一半兒，這時(shí)又有一個(gè)新的中斷事件來(lái)了，那CPU怎么辦？要不要響應(yīng)？

所以中斷也有優(yōu)先級(jí)之分，低優(yōu)先級(jí)的中斷無(wú)法打斷高優(yōu)先級(jí)的中斷。

有了這個(gè)前提來(lái)試想一下，如果由于操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼寫(xiě)的不當(dāng)，在處理某個(gè)中斷的時(shí)候陷入了死循環(huán)，比如自旋鎖，會(huì)發(fā)生什么？

因?yàn)樵谔幚碇袛嗟臅r(shí)候，CPU運(yùn)行在一個(gè)很高的優(yōu)先級(jí)上，一般的中斷是無(wú)法把執(zhí)行權(quán)搶過(guò)去的，這就導(dǎo)致這顆CPU核心成為了“植物人”，怎么叫它都沒(méi)反應(yīng)了。

2、中斷能搶到CPU，但發(fā)現(xiàn)沒(méi)有線程可以調(diào)度

程序員們對(duì)死鎖這個(gè)概念應(yīng)該不陌生，兩個(gè)線程A等待B，B等待A，兩個(gè)線程互相等待對(duì)方讓步（釋放鎖），形成僵持局面，最后成為死鎖。

如果死鎖發(fā)生在應(yīng)用層面，那問(wèn)題不大，最多就是兩個(gè)程序死了。但如果發(fā)生在內(nèi)核呢？

比如在Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核中，就有大量的全局性的鎖，一個(gè)不小心造成死鎖，其他想要的線程都得進(jìn)入等待隊(duì)列，那就涼涼了。

引用一段另一位大神Tim Chen的描述（我覺(jué)得特別形象）：