操作系统 单处理机系统

### 单处理机系统的定义

单处理机系统是指计算机硬件仅配备了一个中央处理器(CPU)的计算架构。在这种体系结构下，CPU负责执行所有的程序指令序列，尽管实际上同一时刻只能够执行单一的任务，但是通过快速的时间片轮转机制可以让用户感觉到多个应用程序几乎是在同时运行。

操作系统在这样的环境中扮演着至关重要的角色，它不仅管理着有限的物理资源——尤其是那个唯一的处理器核心，还提供了各种服务给上层的应用程序使用[^1]。

### 工作原理概述

#### 资源分配与调度

由于只有一个处理器可用，在单处理机环境下，如何高效地利用这唯一的核心成为关键挑战之一。为此，操作系统引入了进程的概念，并设计了一套复杂的算法用于决定哪个进程应该获得当前宝贵的CPU时间片段。常见的策略包括先来先服务(FCFS)，最短作业优先(SJF)，以及基于优先级或公平性的多种改进方案等。

当一个新任务到达时，如果此时CPU正忙于另一个任务，则该新任务会被放入等待队列；一旦现有任务完成其分配到的时间片或者主动让出控制权（例如进入I/O等待状态），那么就会触发一次上下文切换操作，从而允许下一个合适的候选者接管CPU继续工作。

#### 中断处理机制

除了常规的任务调度外，中断也是单处理机系统中不可或缺的一部分。当中断事件发生时（如外部设备请求数据传输、定时器到期等），即使当前有正在执行的程序也会立即暂停下来保存现场信息以便稍后恢复执行，随后跳转至相应的异常处理程序去响应此次突发事件。这种即时反应能力使得即使是简单的单核平台也能有效地支持诸如网络通信、多媒体播放等多种实时应用场景的需求[^2]。

def handle_interrupt():
    save_current_state()  # Save the current execution context
    execute_interrupt_handler()  # Execute specific interrupt handling code
    restore_previous_state()  # Restore previous state after handling is done