电脑死机的时候，CPU到底在做什么？

前几天，读者群里有人聊起了一个问题：计算机为什么死机，死机的时候CPU在干什么？

我想起之前写过这方面的文章，想着估计有不少新粉没有看过，就挖个坟给大家看看，这个有趣又能涨知识的问题。

电脑死机，应该每个接触计算机的小伙伴都经历过吧。

尤其是早些年，电脑配置还没现在这么高的时候，多开几个重量级应用程序，死机就能如约而至，就算你把键盘上的CTRL+ALT+DELETE按烂了，任务管理器也出不来，最后只能默默含泪长按关机按钮，强制关机。

那么，你有没有想过，电脑在死机的时候，它到底在干嘛呢？

众所周知，计算机的核心中枢是中央处理器CPU。上过计算机基础课程的同学都被教导过：CPU是一根筋死脑筋，只知道不断的取出指令来一条条执行，直到关机方休。

所以理论上，死机分为两种，一种是CPU罢工不干了，不再执行下一条指令了，这属于硬件死机，不过这种情况基本不会发生。

更多的是软件层面的死机，也就是CPU被困在了某个地方出不来了，导致本该执行的程序得不到执行，看起来就是死机了一般。

聪明的你可能马上想到，如果写一个死循环，把CPU陷在里面出不去，是不是就能死机了？比如这样：

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

你可以试一下，会发现为CPU降温的风扇可能会转起来，但计算机依旧能正常工作，并没有死机。

死循环，CPU不是应该一直在这里转圈吗？难道不会死机？

这就不得不提到一个概念：中断。

中断

中断这个概念，绝对是计算机史上最伟大的发明之一。

中断，顾名思义，用于打断CPU正常的工作，让它去执行别处的指令程序。

操作系统之所以能够掌控全局，就得益于它启动时给CPU安插的一系列的中断处理函数（比如我们最常见的时钟中断），好让操作系统能周期性的收回CPU的执行权，调度别的线程来执行。

所以，即便你某个线程进入了死循环，在你的时间片用完之后，也得乖乖交出CPU，让别的程序来执行。

想用一个死循环就把电脑搞死机，那自然是不可能的。

其实想来也是，如果这么容易就给你搞死机了，那这操作系统也太菜了吧，新手如果刚学编程，还不得一天强制重起电脑十几回？

退一万步讲，就算不考虑中断的影响，现在的CPU大都是多核，一个线程进入死循环，但还有别的核可以参与系统调度，也依然不会死机。

那么回到开始的问题，那到底CPU被困在了哪里出不来，连中断都拿它没办法呢？

其实有两种情况：

1、中断确实拿它没办法

很多人都知道中断的概念，但很多人不知道，中断也是有优先级的。

这很容易理解，比如CPU正在执行程序，突然发生了一个中断事件。CPU保存好当前执行的上下文，转头去处理这个中断事件，但刚处理到一半儿，这时又有一个新的中断事件来了，那CPU怎么办？要不要响应？

所以中断也有优先级之分，低优先级的中断无法打断高优先级的中断。

有了这个前提来试想一下，如果由于操作系统内核代码写的不当，在处理某个中断的时候陷入了死循环，比如自旋锁，会发生什么？

因为在处理中断的时候，CPU运行在一个很高的优先级上，一般的中断是无法把执行权抢过去的，这就导致这颗CPU核心成为了“植物人”，怎么叫它都没反应了。

2、中断能抢到CPU，但发现没有线程可以调度

程序员们对死锁这个概念应该不陌生，两个线程A等待B，B等待A，两个线程互相等待对方让步（释放锁），形成僵持局面，最后成为死锁。

如果死锁发生在应用层面，那问题不大，最多就是两个程序死了。但如果发生在内核呢？

比如在Windows操作系统内核中，就有大量的全局性的锁，一个不小心造成死锁，其他想要的线程都得进入等待队列，那就凉凉了。

引用一段另一位大神Tim Chen的描述（我觉得特别形象）：