计算机网络、操作系统类比法学习

C++相关岗位

2023-10-11

系统、客户端、嵌入式开发，音视频与图像处理

系统开发：设计实现操作系统、驱动程序、嵌入式系统、网络栈协议。req：c++语法、数据结构、算法、多线程编程、Linux操作系统，越熟悉越好。

客户端开发：桌面程序应用、移动程序应用、游戏开发，有点像前端。req：GUI编程、布局、跨平台开发。

嵌入式开发：和系统开发有相似之处。req：硬件、嵌入式开发平台和相关工具。

游戏开发：界面（req：游戏引擎、图形学、物理引擎）、后台（req：网络编程、并发编程）开发。

音视频处理：由于C++有高性能！【音视频编解码、视频渲染】。req：音视频格式、编解码技术、图形学。

C++在音视频处理领域中具有重要作用，主要体现在以下几个方面：

  1. 性能优势： C++是一种高性能的编程语言，具有高效的内存管理和运行时性能。在音视频处理领域中，对于需要处理大量数据和实时处理的任务，C++能够提供更高的计算效率和更低的延迟，保证了音视频处理的实时性和流畅性。

  2. 多平台支持： C++是一种跨平台的编程语言，能够轻松地在不同操作系统和硬件平台上进行开发和部署。这使得基于C++开发的音视频处理应用能够在多种设备上运行，满足不同用户的需求。

  3. 丰富的库支持： C++拥有丰富的开源库和框架，如OpenCV、FFmpeg等，提供了丰富的音视频处理功能和算法，例如图像处理、视频编解码、流媒体处理等。这些库能够帮助开发者快速构建复杂的音视频处理应用，加快开发速度和提高开发效率。

  4. 底层硬件控制： C++能够直接操作底层硬件资源，比如通过使用特定的库或接口来控制摄像头、麦克风、扬声器等设备。这使得开发者能够更灵活地控制音视频设备的输入和输出，实现更多样化的音视频处理功能。

基于以上优势，C++在音视频处理领域中被广泛应用，包括视频编解码、音频处理、图像处理、流媒体传输等方面。它在视频游戏开发、媒体播放器、实时视频会议、视频流媒体服务等领域都扮演着重要角色，并为这些领域带来了高性能、高效率和高可靠性的解决方案。

图像处理：图像处理工程师要熟悉图像处理算法、计算机视觉，掌握各种C++图像处理库、相关算法（算法工程师）。

C++如何在图像处理方面提供更快的运行速度和更低的系统开销。

//C++
#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>

int main() {
    cv::Mat image = cv::imread("example.jpg", cv::IMREAD_COLOR);

    if (image.empty()) {
        std::cout << "Could not open or find the image" << std::endl;
        return -1;
    }

    cv::Mat grayImage;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    cv::cvtColor(image, grayImage, cv::COLOR_BGR2GRAY);
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    std::cout << "C++ Time: " << elapsed_seconds.count() << "s" << std::endl;

    return 0;
}

C++代码使用OpenCV库对图像进行灰度处理，Python代码也使用了同样的操作

# python
import cv2
import time

image = cv2.imread('example.jpg', cv2.IMREAD_COLOR)

if image is None:
    print('Could not open or find the image')
    exit()

start_time = time.time()
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
end_time = time.time()

print("Python Time:", end_time - start_time, "s")

运行这两段代码并比较它们的执行时间，通常情况下会发现C++代码执行的更快。

因为C++语言本身的执行效率更高，而且OpenCV库本身也是用C++编写的，因此在处理大量图像数据时，C++能够提供更快的运行速度和更低的系统开销。

【对底层、嵌入式、图像处理、音视频处理、游戏开发感兴趣，选择C++】

【学好后台开发通用知识：数据库（这里有网友整理的黑马MySQL笔记MySQL - 智云知识 (dhc.pythonanywhere.com)）、缓存、消息队列、Socket通讯、Linux、Git、计算机基础知识】

【C++的重点是操作系统、网络、Linux】

OpenCV4开发入门教程索引 - 食铁兽 - FFmpeg/Linux/OpenCV/Qt/VAPSXT/VxWorks/Wayland编程入门技术分享 (feater.top)

快速学习C和C++，基础语法和优化策略，学了不再怕指针(南科大计算机系原版)_哔哩哔哩_bilibili

交龙的视觉教程

上海交通大学 RoboMaster 交龙战队博客 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

xinyang-go/SJTU-RM-CV-2019: 上海交通大学 RoboMaster 2019赛季 视觉代码 (github.com)

视觉教程第一弹：视觉综述 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

  • √ 编程语言：C++（必须）、Python（非必须）
  • 编程能力or技巧：多线程（必须）、C++进阶（非必须）、可视化（非必须）
  • 各类编程库：
    • OpenCV（必须）
    • Eigen（矩阵运算库，非必须，但推荐掌握）
    • Boost（C++扩展库，非必须）
    • QT（C++GUI库，同时集成各类常用功能，非必须）
    • √ Pytorch/TensorFlow/Caffe/Keras（深度学习训练，非必须。如果想用，推荐使用Pytorch，极其不推荐TensorFlow）
    • TensorRT/TVM/OpenVINO（深度学习部署，非必须。如果想用，N卡推荐TensorRT）
    • ROS/ROS2（分布式环境，非必须，不太推荐使用在RoboMaster的视觉应用中。如果想用，推荐ROS2）
  • √ 嵌入式开发（非必须） 一位高级嵌入式软件开发主管的技术栈 - 冷剑白狐77 - 博客园 (cnblogs.com)
  • √ Linux基本使用，如：命令行、包管理、自启动（必须，建议使用Ubuntu18.04） 技术|Linux 黑话解释：什么是包管理器？它是如何工作的？ 
  • CMake基本使用（非必须，但推荐掌握）CMake 良心教程，教你从入门到入魂 - 知乎 (zhihu.com) CMake Tutorial — CMake 3.27.7 Documentation 
  • √ git和github基本使用（非必须，但推荐掌握）
  • 相机硬件相关知识，如：选型，图像采集方式，各种性能参数（必须）
  • 相机软件相关知识，如：成像模型，调参方式（必须）
  • 坐标变换（非必须，但推荐掌握）
  • 陀螺仪（非必须，但推荐掌握）
  • 各类滤波算法或优化算法（非必须，但推荐掌握）

视觉教程第二弹：cpp进阶之零开销 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

看到代码a->b = c;要想到，这个语句由3条基本指令完成，即：取内存、计算地址偏移量、写内存。实际情况可能会因为编译优化等发生变化。

零开销→C++是绝大多数人认为是运行速度最快的编程语言。

零开销原则的核心思想是，C++应该提供高级抽象和强大的功能，同时不引入额外的性能开销，也就是说，使用C++的高级特性不应该导致程序的性能下降。

这一弹比较难，以后再复习。

视觉教程第三弹：cpp进阶之多线程 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

这一弹比较难，以后再复习+1

视觉教程第四弹：CMake构建工具的介绍 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程第五弹：OpenCV安装教程 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程第六弹：Ubuntu系统的基本使用 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程第七弹：边缘及轮廓检测 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程第八弹：相机标定 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程第九弹：透视变换与仿射变换 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

来了来了！图形学也有这些变换

视觉教程第十弹：git教程 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

c++并行编程速成 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

2022赛季视觉部第一次培训——基于轮廓的传统视觉 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

2022赛季视觉部第二次培训——相机成像原理与相机标定 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

2022赛季视觉部第三次培训——单目视觉介绍 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

2022赛季视觉部第四次培训——单目视觉补充与Eigen速成 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

2022赛季视觉部第五次培训——特征点，双目相机与光流 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

  • 本教程大部分参考自《视觉slam十四讲》

  • 既然如此为什么不去看一手资料呢？

2022赛季视觉部第六次培训——卡尔曼滤波 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

这个看起来就很难，以及有具体的代码实现。还有matlab仿真！！！

视觉教程：AGX刷机与神经网络部署环境配置教程 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

视觉教程：yolo神经网络应用简单教学 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

CVRM 系列自瞄 - 使用说明 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

学习路线

C++ 代码风格指南 | 云汉交龙 (sjtu-robomaster-team.github.io)

‬⁡⁤⁤​‍​​‌‍‬​‌⁡​‌⁤⁡‌⁣‍‍⁣‌‌⁢⁡⁢⁣‬​⁣‍‬‌⁢‬‬⁢⁤​⁤⁢​‍⁢C++ 学习路线  - Feishu Docs

在线环境 菜鸟教程在线编辑器 (runoob.com)

C++知识点速查 C++ 环境设置 | 菜鸟教程 (runoob.com)

拿到C++ Grandmaster Certification [CPPGM]的Certification

用c++最重要的参考

cppreference.com

以及可以看modern C++

现代C++教程 2023_哔哩哔哩_bilibili

现代cpp教学！妙啊！

 GitHub - ShiqiYu/CPP: Lecture notes, projects and other materials for Course 'CS205 C/C++ Program Design' at Southern University of Science and Technology.

基础知识（语言和计算机）

用ChatGPT帮助我建立概念，递归式学习！少整理笔记多理解？只有概念不行，但没有概念却是万万不行的

hqw老师20231026说，面试时间越长、问的越细、你被问到越是哑口无言说明你越有可能通过，说明你对这个东西的了解很深入。

多动手做东西，在实际项目中更加深刻的理解这些概念，而且在代码实现的过程中才真正理解概念。

或者反过来，直接进入高阶学习，假设我啥都不会，去完成一个比较难的课题，然后在课题中快速学习所需知识。

C++基础面试题之计算机网络 2023-10-26

Q1：请阐述一下计算机网络的分层结构，对每一层的常用协议进行介绍。

当谈到计算机网络的层次结构时，我们可以把它想象成是一种类似于大厦的结构。每一层都承担着不同的责任，就像大厦中的各个部门一样。让我们更深入地了解一下各个层次：

①应用层（Application Layer）：提供用户接口，使用户能够访问网络服务。

这就是大厦中各个部门和客户进行沟通的地方，它为用户提供了访问网络服务的接口。

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）和SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）等协议，让用户能够轻松地使用各种网络服务，比如浏览网页、传输文件以及发送电子邮件等。

②表示层（Presentation Layer）：处理数据的表示方式，确保一个系统发送的信息可以被另一个系统读取。

这就像是大厦中的翻译室，负责处理不同系统之间的数据格式问题。

比如，TLS（Transport Layer Security）协议保证了数据在网络上传输时的安全性，ASCII码则确保了数据的正确编码和解码。

③会话层（Session Layer）：负责建立、管理和终止会话连接。

就像是大厦中负责协调会议和沟通的部门一样，它管理着不同系统之间的会话连接。

NetBIOS（网络基本输入/输出系统）和RPC（远程过程调用）等协议，让不同系统之间的通信更加高效和可靠。

④传输层（Transport Layer）：提供端到端的通信，确保数据可靠传输。

这相当于大厦的货运部门，负责确保数据的安全和可靠传输。

TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）就扮演着这一重要角色，它们能够保证数据包按时、按序到达目的地。

⑤网络层（Network Layer）：负责为数据包选择合适的路径和转发数据。

这层就像是大厦的路线规划师，负责为数据包选择最佳的路径。

IP（Internet Protocol）和ICMP（Internet Control Message Protocol）、OSPF（开放最短路径优先）等协议，确保了数据能够顺利地通过复杂的网络结构到达目的地。

⑥数据链路层（Data Link Layer）：处理节点之间的数据传输，将原始比特流转换为逻辑传输线路。

这层就相当于大厦的门卫，负责检查和管理信息传输。

以太网和点对点协议（PPP）等协议就是这层的典型代表，它们确保数据在相邻节点之间可靠地传输。

⑦物理层（Physical Layer）：负责传输比特流，并处理与传输媒介相关的物理连接。

这就像是大厦的基础，负责传输数字信号，让整个系统运转起来。

常用协议比如IEEE 802.3（以太网）、IEEE 802.11（Wi-Fi）、RS-232等，它们确保了数据在电缆和空气中的传输。

这些层次和协议构成了计算机网络的基本架构，确保了网络通信的顺利进行和信息的安全传输。

Q2：请解释一下TCP和UDP协议的不同之处，并详细说明它们各自适用的应用场景。

TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）是在网络通信中使用的两种不同的传输协议，它们在功能和用途上有明显的差异。

协议

TCP（Transmission Control Protocol）

UDP（User Datagram Protocol）
 特点  

面向连接：

①提供了可靠的数据传输

②确保数据按顺序到达目的地

③能够处理丢失数据包和重复数据包等问题

  

无连接：

①不保证数据传输的可靠性和顺序性

②不提供重发丢失的数据包的机制
适用场景

对数据传输的可靠性和顺序有严格要求的应用

文件传输、电子邮件传输以及网页浏览等

对实时性要求较高、数据完整性要求相对较低的应用

音频和视频流传输、在线游戏以及实时通信等
注意

需要确保数据完整性的场景

会因此牺牲一些传输速度

传输速度比TCP快

适合于需要快速传输的应用

可能会因此牺牲一些数据的可靠性和完整性

 

Q3：为什么TCP协议必须经历三次握手和四次挥手？为何不是简单的两次握手或四次挥手？又为什么不能是三次挥手？

TCP协议需要经历三次握手和四次挥手的过程是为了确保可靠的通信和正确的连接关闭。让我解释一下每个阶段的重要性以及为什么其他选择不太可行：

  1. 三次握手：这是建立连接时必要的步骤。第一次握手用于建立连接请求，第二次握手用于服务器确认连接请求并准备接收数据，第三次握手用于客户端确认服务器的准备状态。这样的交互过程能够确保双方都理解彼此的状态，建立起可靠的连接。

  2. 四次挥手：这是终止连接时必要的步骤。在关闭连接时，一方可能还有未传输完的数据，所以需要四次挥手来确保数据传输的完整性和连接的正确关闭。每一步都对应着数据的传输或连接状态的确认，以保证双方都清楚连接已经关闭。

为什么不是简单的两次握手呢？如果只有两次握手，那么无法保证双方都准备好了解对方的状态，可能会导致连接不稳定甚至数据丢失的情况。

为什么不是三次挥手呢？在关闭连接时，确保双方都完成了数据的传输是非常重要的。三次挥手可能导致一方错误地认为对方已经完成了数据传输而过早关闭连接，从而造成数据丢失或延迟。四次挥手能够确保双方都完成了数据传输并且连接安全关闭。

Q4：谈一谈TCP的滑动窗口和拥塞控制机制，以及它们在网络中的重要性。

机制 滑动窗口 拥塞控制机制
  控制发送方和接收方之间数据传输速率 避免网络拥塞
  允许发送方连续发送一定数量的数据段而不需要等待确认 根据网络的拥塞程度调整数据的传输速率
  提高传输效率 避免数据拥堵而导致丢包和延迟
 

接收方根据自己处理能力和网络情况来调整窗口大小

确保不会因为数据过多而导致拥堵或数据丢失

包括慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等算法

动态调整发送速率和窗口大小
 

有效平衡发送方和接收方之间的数据传输速率

保证数据的可靠传输

保证网络中的数据流量处于一个可控制的状态

避免网络的过载和拥堵现象
类比

一个快递员和一个收件人之间的敏捷配送服务。

快递员每次可以根据收件人的接收能力而不需要停下来等待确认。

这样就能够提高传递速度，同时又不会超出收件人的处理能力范围。

交通管制系统。

为当道路拥堵时，交通管制系统会自动减缓车流量，避免车辆堵塞和事故的发生。

动态调整数据传输速率来避免网络拥塞，

确保网络流量保持在可控范围内，

从而避免数据丢失和传输延迟。

重要性：

①确保数据在传输过程中不会因为速率不匹配或网络拥塞而丢失或延迟，从而提高网络的稳定性和可靠性。

②这对于保证网络通信的顺畅性以及数据传输的可靠性至关重要。

Q5：请说明一下TCP是如何确保数据传输的可靠性的？

TCP（Transmission Control Protocol）通过以下机制确保数据传输的可靠性：

  1. 序列号和确认应答： TCP将每个数据包分配一个序列号，接收方需要发送确认应答来确认已经接收到数据。如果发送方在合理的时间内没有收到确认应答，它会重新发送数据，以确保数据的可靠传输。

  2. 滑动窗口： TCP使用滑动窗口机制来动态调整发送数据的速率，确保发送方和接收方之间的数据传输能够匹配。这样可以避免发送方过快发送数据而导致接收方无法及时处理的情况，从而保证数据传输的可靠性。

  3. 超时重传： 如果发送方发送了数据但在合理的时间内没有收到确认应答，它会假定数据丢失并触发超时重传机制，重新发送数据。这样能够确保数据不会因为丢失而导致通信中断或不完整。

  4. 错误检测和纠正： TCP在数据包中使用校验和来检测传输过程中是否出现了错误。如果数据包有错误，接收方会要求发送方重新发送数据，以确保数据传输的准确性和完整性。

这些机制共同确保了TCP协议下数据传输的可靠性。通过序列号、确认应答、滑动窗口、超时重传以及错误检测和纠正等手段，TCP能够有效地保证数据的完整传输，确保数据在网络中能够按照正确的顺序、完整地到达目的地。

Q6：列举HTTP协议常用的状态码以及它们各自的含义。

  1. 1xx（信息性状态码）：表示接收的请求正在处理。

    • 100（Continue）：请求者应该继续发送请求。这个临时响应是用来通知客户端它的部分请求已经被服务器接收，且仍未被拒绝。

  2. 2xx（成功状态码）：表示请求被成功处理并接受。

    • 200（OK）：请求成功。一般用于GET与POST请求。
    • 201（Created）：请求已经被实现，而且有一个新的资源已经依据请求的需要而建立。

  3. 3xx（重定向状态码）：表示需要进行进一步操作以完成请求。

    • 301（Moved Permanently）：被请求的资源已永久移动到新位置。
    • 302（Found）：请求的资源临时从不同的URI响应请求。
    • 304（Not Modified）：客户端已经执行了条件获取，资源未被修改。

  4. 4xx（客户端错误状态码）：表示客户端看起来可能发生了错误。

    • 400（Bad Request）：服务器无法理解请求格式。
    • 403（Forbidden）：服务器理解请求，但拒绝执行。
    • 404（Not Found）：请求的资源在服务器上不存在。

  5. 5xx（服务器错误状态码）：表示服务器在处理请求的过程中发生了错误。

    • 500（Internal Server Error）：服务器遇到了一个未曾预料的状况，导致了它无法完成对请求的处理。
    • 503（Service Unavailable）：服务器目前无法处理请求（由于超载或停机维护）。

Q7：请区分HTTP和HTTPS协议的不同之处，并强调它们之间的关键区别。

HTTP（超文本传输协议）和HTTPS（安全超文本传输协议）是两种用于传输数据的网络协议，它们之间的主要区别在于安全性方面：

  1. 安全性差异： HTTP是明文传输协议，数据传输过程中的内容是以明文形式传输的，容易被窃听和篡改。而HTTPS则通过SSL/TLS协议对传输的数据进行加密，确保数据在传输过程中的安全性和完整性，有效防止了数据被窃听和篡改的风险。

  2. 传输方式差异： HTTP使用的是TCP端口80进行通信，而HTTPS使用的是TCP端口443进行通信。HTTPS在传输数据时会先进行SSL握手过程建立安全连接，然后再进行数据传输。

  3. 证书验证： HTTPS使用SSL证书来验证服务器的身份，确保客户端与服务器之间建立的是受信任的连接。这样可以有效防止中间人攻击和欺骗，提高了通信的安全性。

  4. 应用场景： 由于HTTPS具有更高的安全性，因此在涉及个人隐私信息、金融交易、在线购物等安全性要求较高的场景中被广泛采用。而HTTP则更常用于一些无需保密信息的普通浏览和数据传输场景。

总的来说，HTTPS相比HTTP在数据传输安全性方面提供了更高的保障，适用于需要保护隐私和敏感信息的应用场景。它通过加密数据传输、证书验证以及使用安全端口等措施，有效防止了数据被窃听、篡改和伪造的风险，保证了网络通信的安全可靠性。

Q8：请阐明HTTP/1.0、1.1、2.0之间的主要区别和改进，以及它们对网络通信的影响。

HTTP/1.0、1.1和2.0是HTTP协议的不同版本，它们之间的主要区别和改进主要包括以下几个方面：

  1. 持久连接： HTTP/1.0中每次请求都需要建立一次连接，请求结束后即断开连接，而HTTP/1.1引入了持久连接，可以在同一个连接上发送多个请求，减少了连接建立和断开的开销。而HTTP/2.0进一步优化了持久连接，引入了多路复用技术，可以在同一个连接上同时发送多个请求和响应，提高了传输效率。

  2. 请求方式： HTTP/1.0和1.1中只支持文本形式的请求和响应，而HTTP/2.0引入了二进制分帧层，将数据分割为更小的帧进行传输，提高了传输效率和速度。

  3. 头部压缩： HTTP/2.0引入了头部压缩技术，可以对HTTP头部信息进行压缩，减少了传输的数据量，提高了传输效率和速度。

  4. 服务器推送： HTTP/2.0支持服务器主动推送技术，服务器可以在客户端请求之前主动将一些资源推送到客户端，提高了页面加载速度和性能。

  5. 安全性： HTTP/2.0在传输层使用了TLS加密，提高了数据传输的安全性，防止了数据被窃听和篡改的风险。

这些改进使得HTTP/2.0相比HTTP/1.0和1.1在传输效率、速度和安全性方面都有了显著的提高，对网络通信的影响主要体现在提高了页面加载速度、降低了延迟、减少了网络拥塞，提高了网络通信的效率和稳定性，为用户提供了更好的上网体验。

C++基础面试题之操作系统 2023-10-11~26

Q1：请您解释一下什么是进程和线程，以及这两者之间有哪些区别？

首先，进程相互独立，有独立的执行环境，有自己的内存空间。而线程是进程内的执行单元，有相同的内存空间。

其次，由于进程有独立性，因此进程之间的通信复杂，需要用到IPC机制。而线程之间的通信相对简单，可以直接访问共享的内存。

还有进程的创建和销毁的代价很高，而线程的创建和销毁则相比之下更快。

最后，由于进程之间是相互独立的，而线程之间存在资源共享，因此需要考虑同步和互斥的问题，从而避免竞争条件和数据的不一致性。也就是避免下面说的抢占资源导致混乱。

【概念解释】

进程（Process）是操作系统中独立的执行环境，有自己的内存空间、系统资源、文件描述符和代码。进程不是程序，而是程序的实例，是程序在内存中的动态执行，包括程序的代码、数据、执行环境和系统资源的副本。

操作系统会为程序创建进程，为不同进程分配不同的内存空间和系统资源，然后执行程序的指令。进程之间相互独立，通常需要使用进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）机制，比如管道、套接字或消息队列进行数据交换。

【比喻法】

进程可看作独立的工厂，每个工厂都有自己的资源、设备和员工。这些工厂相互独立、互不影响，但他们之前的协作需要借助运输工具（IPC）来共享信息。

像我们每个人都可以看作“人”这个程序创建的进程，需要通过语言、即时通讯工具来互换信息。

线程类似于工厂内部的工人。共同协作完成工厂的生产任务，它们共享同一工厂的资源和设备，从而可以更紧密地协作。不过要小心协调，避免混乱和资源争夺的问题。

而人内部的各个感官其实就是共享了神经系统、循环系统、呼吸系统等生物系统资源，从而实现协调运作，维持人体的稳态平衡。

【递归法补充知识点】

进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）机制：允许不同进程之间交换数据和信息的技术或方法。它使得在操作系统中运行的多个进程能够相互协作、共享数据和资源，从而实现各种复杂的任务和功能。IPC 机制允许进程之间进行数据传输、同步操作和通信，使得这些进程能够有效地进行协调合作，提高系统的整体性能和效率。

 一文搞懂六大进程通信机制原理(全网最详细) - 知乎 (zhihu.com)

进程间8种通信方式详解-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

记一次腾讯面试：进程之间究竟有哪些通信方式？如何通信？ ---- 告别死记硬背-CSDN博客

管道（Pipe）：一种用于进程间通信的机制，它允许一个进程的输出直接作为另一个进程的输入。管道通常用于在一个进程中生成输出，并将其传递给另一个进程，后者可以使用管道接收数据并进行处理。这种机制允许进程之间的数据传输变得更加简单和高效，从而促进了进程之间的协作和通信。

套接字（Socket）：一种计算机网络通信的抽象概念，它允许不同主机之间或同一主机上的不同进程之间进行数据交换。通过套接字，不同的计算机或进程可以建立连接并在网络上传输数据，实现信息的传递和交换。套接字提供了一种标准化的接口，使得应用程序能够方便地进行网络通信，实现客户端与服务器之间的数据传输与交互。通过套接字，开发人员可以编写各种网络应用程序，如网页浏览器、邮件客户端、文件传输程序等。

消息队列（Message Queue）：一种在进程或系统之间传递消息的通信机制、数据结构，用于存储发送到系统的消息。它允许不同的应用程序通过在共享的消息队列中发送和接收消息来实现通信和协作。消息队列通常用于解耦不同组件或模块之间的通信，提高系统的可扩展性和灵活性。发送方将消息放入消息队列，而接收方则可以从队列中获取这些消息并进行处理。这种机制可以帮助应用程序实现异步通信，提高系统的并发性能和响应能力。

Q2：您能解释一下操作系统是如何实现进程阻塞的吗？

想象你在做一道菜，但是需要等水烧开才能开始。

你把水放在锅里，然后等待它烧开。

这时，你就被这个任务阻塞了，无法去做其他事情，直到水烧开为止。

在计算机中，类似的情况发生在进程需要等待某些特定事件发生时，比如等待用户输入、等待文件读写、或者等待其他进程的消息时。

当进程遇到这些情况时，操作系统会暂时挂起这个进程，让它暂停执行，直到等待的事件发生为止。

这个时候，进程就被阻塞了，它暂时无法继续执行其他的任务，直到等待的事件完成。

 

当操作系统实现进程阻塞时，它通常依赖于多种机制来管理进程的状态和资源。

一种常见的方法是通过系统调用或者特定的指令来实现进程的阻塞操作。

当进程需要等待某些外部事件发生时，操作系统可以将该进程的状态标记为阻塞状态，并将其从可执行状态转移到阻塞状态。

这样，CPU可以释放给其他可执行进程，从而提高系统的资源利用率。

在进程阻塞期间，操作系统可能会将进程所需的资源释放给其他正在运行的进程，以便它们能够继续执行。

一旦进程等待的事件发生，操作系统可以将其状态改为就绪状态，使其能够再次被调度执行。

 

操作系统还可能利用各种同步机制来确保阻塞进程在合适的时候能够恢复执行，例如信号量、事件等待和消息传递等机制。

通过这些方法，操作系统能够有效地管理进程的状态，确保系统资源的合理分配和利用，从而提高系统的整体性能和响应能力。

当你使用电脑或手机时，操作系统就像是一位管理者一样，负责安排所有程序（比如游戏、浏览器、音乐播放器等）的运行。

有时候，一个程序可能需要等待某些事情发生，比如等待数据下载完成或者等待你的输入。

这时操作系统会将这个程序暂时停下来，等待需要的东西准备好之后再继续运行。

这个过程就好像是在交通中停下来等红灯一样。

这样操作系统就能够更好地管理所有的程序，确保它们能够有条不紊地运行，不会互相干扰。

Q3：请问您能列举一些常见的进程通信方式吗？

当不同的进程需要进行通信时，操作系统提供了多种通信方式。其中一些常见的进程通信方式包括：

方式 管道（Pipe） 消息队列（Message Queues） 共享内存（Shared Memory） 信号量（Semaphores） 套接字（Socket）
定义 一种半双工的通信方式，允许一个进程向另一个进程发送数据。 通过消息队列在彼此之间发送消息，这些消息被存储在内核中并按照特定的规则进行管理。 允许不同的进程访问同一块内存空间，从而实现数据共享。 用于进程间的同步与互斥操作，确保多个进程能够在共享资源的访问上保持协调。 在网络编程中常见的进程通信方式，允许不同计算机上的进程进行通信。
类比 单向通道：允许一个程序把东西送给另一个程序，但两者不能同时说话。 传声筒：程序可以把消息放在里面，另一个程序可以从传声筒里面取出消息来阅读。 大家共用一张便签纸：大家都可以在上面写字，然后看到别人写的内容。 交通灯：可以帮助不同的程序在共享资源上保持秩序，以免发生混乱。 电话线：允许不同的电脑程序之间进行对话和交流。

这些进程通信方式在不同的场景下有各自的适用性和优势，操作系统提供了这些机制来帮助不同进程之间有效地交换数据和信息。

Q4：您对于常见的进程调度算法了解有哪些？

常见的进程调度算法包括：

算法 先来先服务调度（FCFS） 最短作业优先调度（SJF） 优先级调度 时间片轮转调度（RR） 多级反馈队列调度
定义 最简单，按进程到达的顺序进行调度，先到先服务 选择估计运行时间最短的进程优先执行 根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行

将 CPU 时间分成若干个时间片，每个进程在一个时间片内执行，时间片结束后，切换到下一个进程

将进程按照优先级分成多个队列，每个队列具有不同的时间片大小，根据当前队列的优先级进行调度
类比

排队买东西，谁先来谁先服务，后面的人得等前面的人办完事情才能轮到

超市排队选最快结账的队伍能更快地完成购物并离开

工厂里的任务，老板可能会优先安排重要的任务，这样工作能够更快地完成

轮流玩游戏，每个人都有固定的时间玩，时间到了就该下一个人了

不同级别的问题反馈系统，简单的问题优先解决，复杂的问题会在下一个级别处理
适用

长作业时间的任务，不需要频繁切换进程

任务执行时间差异较大的场景，能够最大程度减少平均等待时间

对不同任务有明确优先级要求的场景，能够灵活调整任务执行顺序

多个任务相互之间时间要求不同的场景，能够公平地为所有任务分配CPU时间

需要综合考虑任务执行时间和优先级的复杂场景，能够兼顾长短任务的执行
缺点 可能导致长任务等待时间过长，影响短任务的响应时间 无法预测任务的实际执行时间，容易出现长任务的饥饿现象 可能导致优先级低的任务长时间等待，产生优先级反转问题 可能导致任务切换频繁，产生上下文切换开销 需要合理设置不同队列的参数，避免产生过多的上下文切换
实例

1.打印任务队列，以及其他一些没有明显优先级要求的后台任务

2.在银行柜台的排队系统中，先来先服务是一个常见的模式。客户按照到达的顺序进行服务，无论业务的复杂程度如何。

1.批处理系统，例如任务调度系统中，处理大量短作业和长作业的混合情况

2.一个图像处理软件中，当需要处理一系列图像时，选择最小尺寸的图像先进行处理，以便尽快完成任务队列中的短作业

1.实时系统，如航空航天系统中的任务调度，确保关键任务能够及时得到处理。

2.在一个医院的急诊科中，对于不同病人的病情，如心脏病患者可能会有更高的优先级，需要优先得到医生的治疗和关注。

1.交互式系统，如操作系统中的任务调度，确保每个任务都能够得到公平的处理时间

2.在一个多用户的操作系统中，不同用户的任务轮流执行，每个任务执行一个小的时间片，以便公平地分配CPU时间给每个用户。

1.多任务处理系统，例如服务器操作系统中的任务调度，确保不同类型的任务都能得到合理的处理，避免资源浪费。

2.在一个网络服务器中，根据请求的复杂度和优先级，将请求分为不同的队列，确保简单的请求能够快速响应，复杂的请求也能得到处理，保证服务器的效率和性能。

 

Q5：能否解释一下线程是如何实现的？

线程是进程中的更小的执行单位，操作系统通过线程来实现多任务处理。

线程共享进程的地址空间和系统资源，包括内存空间、文件和其他系统资源。

操作系统通过为每个线程分配独立的栈空间和寄存器来管理线程的执行。

当进程创建一个线程时，操作系统会为该线程分配必要的资源，并将其加入进程的线程列表中。

线程可以独立执行，可以被操作系统调度到不同的CPU核心上运行，或者在单个核心上通过时间片轮转调度进行切换。

线程可以共享进程的数据和上下文，使得多线程编程更加高效和灵活。

在多核处理器上，多个线程可以并行执行，从而提高系统的并发性能。

然而，多线程编程也需要考虑线程间的同步和互斥操作，以避免出现数据竞争和死锁等问题。

因此，合理地设计和管理线程是确保系统稳定性和性能的关键。

线程就像是一群工人，他们在同一个工厂里共同工作。
这些工人可以同时做不同的事情，例如，一个工人负责组装产品，另一个负责包装产品。
操作系统就像是工厂的管理员，负责监督这些工人，确保他们不会互相妨碍，并且能够高效地协同工作。
这样，工厂就能更快地生产产品，提高效率。

多个线程可以并行执行是因为现代计算机通常拥有多个处理器核心，每个核心都可以独立地执行一个线程，这样可以在同一时间内完成更多的工作，提高系统的并发性能。

线程之间的同步和互斥操作是确保多个线程能够有序地访问共享资源的一种机制。

同步操作确保线程之间按照一定顺序执行，而互斥操作确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，避免数据出现混乱或错误。

数据竞争指的是多个线程同时访问和修改共享数据时可能出现的问题，导致数据不一致或错误的结果。

而死锁是指两个或多个线程相互等待对方所持有的资源，从而导致彼此都无法继续执行的情况。

为了避免数据竞争和死锁，可以采取一些措施，比如使用互斥锁确保在同一时间只有一个线程访问共享资源，使用条件变量进行线程间的通信，以及避免多个锁之间的交叉持有。

另外，合理设计线程的执行顺序，避免循环依赖和资源竞争也是重要的方法。

Q6：您能简要说明一下 CPU 的缓存是什么吗？

当 CPU 处理数据时，它经常需要从内存中读取或写入数据。

为了加快数据访问速度，CPU 附近有一小块高速存储区域，这就是缓存。

缓存存储了最近被 CPU 使用过的数据，以便在需要时能够更快地访问。

缓存的存在可以大大减少 CPU 访问内存的时间，提高数据处理的速度。

通常，CPU 分为多级缓存，每一级缓存都有不同的大小和访问速度，以适应不同的数据访问需求。

CPU 的缓存就像是一张备忘录，用来快速记住你最常用的信息，比如你最常吃的食物或最喜欢的歌曲。

当你需要时，你可以立刻找到它们，而不需要每次都去柜子里找。

这样可以让你更快地拿到想要的东西，节省时间。

它的出现是因为处理器的速度比内存快很多，所以为了减少处理器等待数据的时间，人们设计了缓存来存储处理器经常需要使用的数据，从而加快了数据的访问速度。

随着处理器的发展，不断提高处理速度，缓存逐渐成为了处理器的标配。

Q7：请问您对内核态和用户态的理解是什么？二者之间有何区别？

内核态和用户态是计算机系统中两种不同的运行级别。

内核态是操作系统运行的特权级别，具有对系统资源（如硬件、内存等）的完全访问权限和控制权。

用户态是普通应用程序运行的级别，受限于操作系统所设置的权限和限制。

区别在于，处于内核态的代码可以执行特权指令并直接访问系统资源，而处于用户态的代码只能执行受限指令并通过系统调用请求内核态来执行特权操作。

这种分级设计有助于保护操作系统的稳定性和安全性，防止用户应用程序对系统造成不可控的影响。

内核态和用户态的引入是为了保护操作系统的稳定性和安全性。

出现这两种状态是因为操作系统需要对不同级别的程序进行权限控制。

将操作系统核心部分与用户应用程序分离，限制用户应用程序对系统资源的直接访问，可以防止用户程序对系统造成破坏。

同时，操作系统可以通过在内核态下运行来执行特权指令和访问受限资源，确保对系统的控制和管理。

可以把操作系统想象成一个守护大人，他掌控着整个家庭，拥有处理一些特殊任务的特权。

当你只是在家里做一些普通的事情，比如玩玩具、看电视、或者吃零食时，你就是处于普通状态，这就是用户态。

而当你需要向守护大人请求一些特殊的东西，比如需要钱购买玩具或者要求看一部电影，你就需要特别向他提出请求，这时你就切换到了守护大人所在的状态，这就是内核态。

在内核态下，你可以让守护大人帮你完成一些普通状态下做不到的事情，比如分配更多的玩具或者控制其他家庭成员的行为。

这种设计的好处在于：

  1. 安全性： 限制用户应用程序对系统资源的直接访问，防止恶意程序破坏系统稳定性。
  2. 稳定性： 通过将核心操作系统功能与用户应用程序隔离，防止用户程序的错误对操作系统产生影响。
  3. 保护资源： 限制对系统资源的直接访问，确保系统资源被合理管理和分配，避免资源的滥用或浪费。

Q8：操作系统是如何实现锁的呢？

操作系统实现锁的方式可以通过软件或硬件来完成，具体取决于操作系统的设计和底层硬件的支持。

  1. 软件锁： 操作系统可以通过软件来实现锁机制，例如使用原子操作、互斥量、信号量等。
    这些软件机制可以确保在多线程环境下对共享资源的访问具有原子性和互斥性，避免出现数据竞争和不一致性。

  2. 硬件锁： 一些现代处理器提供了硬件级别的支持，如自旋锁、原子指令等。
    这些机制可以在硬件层面上实现锁的操作，提高了锁的性能和效率。

操作系统通过这些锁机制来确保对共享资源的访问是安全和有序的，避免了多个进程或线程同时修改共享数据而引发的问题。

这些锁机制对于实现并发控制和同步操作至关重要，能够有效地保护关键数据的一致性和完整性。

【软件锁】通常依赖于原子操作、互斥量和信号量等机制来实现。

这些机制都能确保在多线程或多进程环境中对共享资源的访问具有原子性和互斥性，从而避免数据竞争和不一致性。

  1. 原子操作： 是一种不可中断的操作，它能够确保在执行过程中不被其他线程或进程中断。
    通过原子操作，可以对共享资源进行原子读取、写入或修改，避免了数据在处理过程中出现不一致的情况。

  2. 互斥量： 是一种同步工具，用于确保在同一时间只有一个线程能够访问临界区，防止多个线程同时修改共享资源。
    通过加锁和解锁操作，互斥量能够有效地控制对临界资源的访问顺序。

  3. 信号量： 是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问数量。
    通过对信号量的等待和释放操作，可以实现对临界资源的有序访问，避免资源的过度占用和浪费。

这些软件锁机制能够有效地实现对共享资源的保护和管理，确保多个进程或线程在访问共享资源时能够按照既定的规则和顺序进行操作，保证数据的一致性和完整性。

【原子操作】一种不可分割的操作，要么全部执行，要么全部不执行。

它能够确保在多线程或多进程环境中，对共享资源的操作是原子性的，即不会被其他线程或进程中断或影响。

在计算机系统中，原子操作通常是通过硬件的支持来实现的，例如使用原子指令。

这些指令能够在单个CPU周期内完成读取、写入或修改共享变量的操作，确保在同一时间只有一个线程能够对该变量进行操作，避免了数据的不一致和冲突。

在并发编程中，原子操作是确保线程安全的重要手段之一。

通过使用原子操作，可以避免出现竞态条件和数据竞争，保证多线程程序的正确性和一致性。

常见的原子操作包括原子读取、原子写入、原子加法、原子比较交换等。

利用这些原子操作，可以实现线程安全的数据结构和算法，保证程序的稳定性和可靠性。

【互斥量（Mutex）】一种同步工具，用于确保在同一时间只有一个线程能够访问临界区。

它可以防止多个线程同时修改共享资源，从而避免数据的不一致和冲突。

互斥量的主要作用是控制对临界资源的访问顺序。

当一个线程获得了互斥量的锁时，其他线程将被阻塞，直到该线程释放了互斥量的锁。这样可以确保临界资源不会同时被多个线程访问，保证了数据操作的顺序性和一致性。

在使用互斥量时，通常会通过加锁和解锁的操作来控制临界区的访问。

当线程需要访问临界资源时，它会尝试获取互斥量的锁，如果获取成功则可以进入临界区进行操作，操作完成后再释放互斥量的锁，让其他线程能够获取锁并访问临界资源。

互斥量是多线程编程中常用的同步机制，能够有效地避免数据竞争和冲突，保证多线程程序的正确性和稳定性。

通过合理地使用互斥量，可以保证线程安全的访问共享资源，提高程序的可靠性和健壮性。

【信号量（Semaphore）】一种用于控制对共享资源访问数量的同步工具。它可以用来限制对临界资源的并发访问数量，防止资源的过度占用和浪费。

信号量通常有两种类型：二进制信号量和计数信号量。二进制信号量只能取 0 或 1，用于控制对单个资源的访问。计数信号量可以取多个值，用于控制对多个资源的访问数量。

在使用信号量时，通常会使用等待和释放操作来控制资源的访问数量。

当线程需要访问资源时，它会尝试等待信号量，如果信号量的值大于 0，则可以进入临界区进行操作，操作完成后再释放信号量。

如果信号量的值为 0，则线程需要等待其他线程释放信号量后才能继续执行。

通过合理地使用信号量，可以控制对共享资源的访问数量，避免资源的过度占用和浪费，保证系统的稳定性和资源的合理分配。

信号量是并发编程中常用的同步机制，能够有效地确保多线程程序的安全性和一致性。

【硬件锁】

  1. 自旋锁： 在多处理器系统中，自旋锁通过处理器提供的特殊指令来实现。当一个线程尝试获取自旋锁时，如果锁被其他线程持有，则该线程会循环等待直到锁被释放。这种方式避免了线程的阻塞，但会消耗处理器资源。一旦自旋锁可用，线程会立即获取它而不是被置于睡眠状态。

  2. 原子指令： 许多现代处理器都提供了原子指令集，比如原子读取、原子写入、原子加法、原子比较交换等。这些指令能够在单个 CPU 指令周期内完成对共享变量的读取、写入或修改操作，确保操作的原子性，避免了数据的不一致和冲突。这些原子指令在硬件层面上实现了对共享资源的原子操作，保证了多线程程序的安全性和正确性。

这些硬件级别的锁机制能够提高并发操作的效率和性能，避免了线程之间的阻塞和等待，确保了共享资源的一致性和完整性。

通过合理地使用这些机制，可以有效地实现对临界资源的保护和管理，提高系统的并发处理能力和响应性。

为什么硬件锁能提高性能和效率

原因如下：

  1. 快速响应： 硬件锁能够在硬件层面上实现对共享资源的操作，避免了对操作系统的调度和管理，因此响应速度更快。

  2. 降低开销： 硬件锁能够减少操作系统的开销，避免了线程的上下文切换和内核态与用户态之间的转换，降低了系统的负担。

  3. 减少竞争： 硬件锁通常采用自旋等待的方式，避免了线程的阻塞和等待，使得多个线程能够快速竞争锁资源，提高了资源的利用率和并发性能。

  4. 保证一致性： 硬件锁能够保证对共享资源的访问具有原子性，避免了数据的不一致和冲突，保证了程序的正确性和稳定性。

通过利用硬件锁机制，可以充分发挥多处理器系统的并行处理能力，提高系统的并发性能和响应能力。

这种方式能够有效地利用硬件资源，提高系统的处理效率，满足多线程程序对并发性能和响应性的要求。

为什么在硬件层面操作的响应速度更快，可以避免对操作系统的调度

  1. 直接访问： 硬件层面的操作可以直接访问硬件资源，无需经过操作系统的调度和管理，因此能够更快地完成对资源的操作。

  2. 硬件支持： 硬件提供了特定的指令集和机制，例如原子指令，能够在单个指令周期内完成对共享资源的读取、写入或修改操作，提高了操作的效率和响应速度。

  3. 避免上下文切换： 在硬件层面进行操作避免了线程的上下文切换和内核态与用户态之间的转换，减少了操作系统的开销和负担，提高了操作的响应性能。

通过在硬件层面进行操作，可以直接利用处理器的特性和机制，避免了软件层面的调度和管理，提高了操作的效率和性能。

这种方式能够更快地响应对共享资源的访问需求，提高系统的并发处理能力和性能。

什么是操作系统的开销，为什么它会造成系统的负担

操作系统的开销指的是操作系统在管理和调度进程、线程以及各种系统资源时所产生的额外开销和消耗。

这些开销包括但不限于上下文切换、调度算法、内存管理、系统调用等。

这些操作需要消耗处理器资源、内存和其他系统资源，从而增加了系统的负担。

操作系统的开销会造成系统的负担主要是因为：

  1. 资源消耗： 操作系统需要消耗处理器时间、内存空间和其他硬件资源来管理进程、线程和系统资源，因此会占用系统的计算资源和存储资源。

  2. 时间成本： 操作系统执行各种管理和调度操作需要一定的时间成本，这会影响系统的响应时间和处理效率，降低系统的整体性能。

  3. 能耗增加： 操作系统的额外开销会增加系统的能耗，特别是在大规模并发情况下，系统需要消耗更多的能量来管理和调度各种资源。

通过合理优化操作系统的设计和算法，可以减少操作系统的开销，提高系统的运行效率和性能。

这可以包括改进调度算法、优化资源管理策略、减少不必要的系统调用等措施，从而降低系统的负担，提高系统的可靠性和稳定性。

仔细说一下系统资源、硬件资源、软件资源分别是如何组成的以及有什么区别，各有什么优缺点

系统资源、硬件资源和软件资源是计算机系统中不同类型的资源，它们在构成、功能和管理上有所区别。

  1. 硬件资源： 硬件资源是计算机系统的物理组成部分，包括处理器、内存、存储设备、输入输出设备等。它们直接执行计算和操作任务，是支持计算机系统运行的物理基础。硬件资源的优点在于它们能够提供高性能的计算和存储能力，但其缺点在于其扩展性和升级性较差，一旦硬件资源出现故障或过时，就需要更换整个硬件设备。

  2. 软件资源： 软件资源是指计算机系统中用于管理和控制硬件资源的程序和数据，包括操作系统、应用程序、驱动程序、库文件等。它们通过对硬件资源的管理和调度，使计算机能够有效地执行各种任务。软件资源的优点在于它们具有较高的灵活性和可扩展性，能够通过软件更新和升级来提高系统的性能和功能，但其缺点在于软件的复杂性和易受到安全威胁。

  3. 系统资源： 系统资源是计算机系统中用于执行和管理任务的所有资源的集合，包括硬件资源和软件资源。系统资源包括计算机系统中所有的处理器、内存、存储设备、操作系统、应用程序以及其他相关的程序和数据。它们共同协作完成各种任务，保证计算机系统的正常运行和功能。

区别在于，硬件资源是计算机系统的物理组成部分，软件资源是用于管理和控制硬件资源的程序和数据，而系统资源则是包括硬件资源和软件资源在内的更广泛的概念。

各自的优缺点决定了它们在计算机系统中的重要性和作用，合理管理和优化这些资源的使用，可以提高计算机系统的性能和稳定性。

Q9：对于死锁的概念，以及可能出现死锁的必要条件，您有了解吗？同时，您能谈谈如何预防和处理死锁吗？

死锁的概念： 死锁是指多个进程或线程由于竞争共享资源而陷入无限期的等待状态的情况。

在死锁中，每个进程都在等待系统中被其他进程占用的资源，导致所有进程都无法继续执行。

想象一下，你和你的朋友分别占据了一把钥匙，分别打算进入两扇紧挨着的门。

但是，这两扇门都需要同时使用两把钥匙才能打开。

你不想放弃你手中的钥匙，你的朋友也不愿意放弃他手中的钥匙。

结果是，你们两个都无法进入各自的门，因为你们都需要对方手里的钥匙才能打开自己的门。

这种情况就好像是死锁，你们都陷入了无法前进的僵局。

在计算机系统中，类似的情况发生在多个进程或线程之间，当它们相互等待对方释放某些资源时，可能会导致死锁的发生。

这时候，这些进程或线程就会陷入一种无法继续执行的僵局状态，无法向前推进，从而影响了系统的正常运行。

死锁发生的必要条件包括：

  1. 互斥条件： 至少有一个资源处于非共享模式，即一次只能被一个进程使用。
  2. 占有并等待： 进程已经持有了至少一个资源，并且在等待获取其他进程占用的资源。
  3. 不可剥夺条件： 已经分配的资源不能被强制性地剥夺，只能在进程完成任务后自行释放。
  4. 循环等待： 多个进程形成一种循环等待其他进程所占有的资源。

预防死锁的出现可以采取以下措施：

  1. 避免使用不必要的锁： 尽量减少对资源的竞争和争用，避免不必要的资源锁定。

  2. 破坏死锁的必要条件： 通过破坏死锁发生的必要条件之一来预防死锁，例如破坏循环等待，可以使用资源排序的方法来分配资源。

  3. 资源预先分配： 在程序运行之前就为进程分配必要的资源，确保每个进程在开始执行时都拥有足够的资源，避免后续竞争导致死锁。

  4. 避免持有不必要的资源： 通过及时释放不再需要的资源来避免持有不必要的资源，减少资源争用的可能性。

  5. 定义资源的合理顺序： 对资源的申请和释放定义一个合理的顺序，确保所有进程都按照相同的顺序来申请资源，避免产生循环等待。

  6. 加强进程间的通信： 加强进程间的通信和协作，让进程能够及时释放不再需要的资源，避免出现资源长时间占用而无法释放的情况。

常见的死锁处理方法包括：

  1. 资源抢占： 强制抢占某些资源，即暂时剥夺某些进程已经占有的资源，以便分配给其他进程使用，从而破坏死锁的循环等待条件。
  2. 进程终止： 终止部分或全部进程，释放它们占有的资源，以解除死锁。通常选择终止对系统影响最小的进程。
  3. 资源回退： 回退某些进程已经占有的资源，使系统恢复到一个安全状态，然后重新分配资源，防止死锁的发生。
  4. 撤销并重启： 撤销一部分进程并重新启动它们，以期重新分配资源并避免死锁的再次发生。
  5. 协商和通信： 通过进程间的通信和协商，让一些进程释放资源或重新分配资源，以解除死锁。

处理已经发生的死锁是一项复杂的任务，需要根据具体情况选择合适的方法。在实际应用中，可以结合多种方法来处理死锁，以保证系统的稳定性和安全性。

Q10：您对系统调用有什么了解吗？

系统调用是操作系统提供给应用程序或用户程序的接口，用于访问操作系统提供的各种服务和资源。

通过系统调用，应用程序可以请求操作系统执行特定的任务，例如文件操作、进程管理、网络通信等。

系统调用允许应用程序以一种受控的方式访问操作系统的功能，同时保护操作系统的安全性和稳定性。

想象你正在玩一个游戏，而你需要一些特殊的道具才能完成任务。

但是你无法直接获得这些道具，于是你向游戏管理员提出请求，希望他能帮你获取这些道具。

这个过程就像是你发起了一个请求，然后管理员根据你的要求帮你完成了任务。

在计算机里，系统调用就像是你发起的请求，而操作系统就像是游戏管理员，它能帮助你完成一些需要特殊权限或资源的任务，比如读取文件、打印文档或者连接互联网等。

常见的系统调用包括：

  1. 文件操作： 例如打开文件、读写文件、关闭文件等。
  2. 进程管理： 例如创建进程、终止进程、等待进程等。
  3. 内存管理： 例如申请内存、释放内存、映射文件等。
  4. 设备管理： 例如访问设备、控制设备、发送和接收数据等。
  5. 网络通信： 例如建立连接、发送数据、接收数据等。

系统调用通常是通过特定的指令或软中断来触发，应用程序需要通过系统调用接口来调用特定的系统调用函数，然后操作系统会执行相应的操作并返回结果给应用程序。

系统调用是操作系统与应用程序之间的重要桥梁，它使得应用程序能够利用操作系统提供的各种功能和服务，实现更多样化和复杂的任务。

Q11：操作系统在内存管理方面有怎样的实现方式？

想象你有一张桌子，用来放玩具和书籍。

但是桌子有限，不够放所有的东西。

为了能够合理地利用桌子空间，你把桌子分成了几个区域，一个区域放玩具，一个区域放书籍。

你会不断调整和整理这些区域，确保桌子上的东西都能够整齐摆放。

操作系统在内存管理方面也类似，它会把计算机的内存划分成不同的区域，每个区域用来存放不同的程序和数据。

当有新的程序需要运行时，操作系统会分配适当大小的内存空间给这个程序，并在程序运行结束后回收这些空间，以便给其他程序使用。

操作系统会不断管理和调整这些内存区域，确保计算机的内存能够被合理地利用，提高计算机的运行效率和性能。

操作系统在内存管理方面有多种实现方式，其中一些常见的包括：

  单一连续分区 固定分区 动态分区 虚拟内存
定义

物理内存划分为两部分，

一部分为操作系统使用，

另一部分为用户程序使用

内存划分为多个固定大小的分区，

每个分区分配给不同的作业使用

按需分配内存，

将可用内存划分为多个可变大小的分区，

根据作业的需要动态分配内存空间

将物理内存与辅助存储器（通常是硬盘）结合起来，

通过页面置换算法将不常用的数据从内存换出到辅助存储器，

从而释放出内存空间
优点 简单 能够提高内存利用率 能够更好地利用内存空间 扩展了内存的容量，提高了内存的利用率
缺点 会造成内存碎片问题，导致内存利用率低下 会造成内存利用不灵活的问题 会带来内存碎片和分配算法复杂的问题 会增加访问时间和操作系统的复杂性
类比

只有一个大抽屉，所有的东西都放在同一个地方。

这样做简单，但是如果东西太多，抽屉就会变得凌乱，有时候会难以找到你需要的东西。

把抽屉分成几个固定大小的格子，每种东西放在自己的格子里。

比较整齐，但是如果某种东西太多，可能会导致其他格子空间不足，浪费了一些空间。

把抽屉分成不同大小的格子一样，根据东西的大小来分配格子。

可以更灵活地利用空间，但是可能会导致一些小块的空隙，无法放入大的东西。

用一个特别大的抽屉和另一个储物柜一起使用，可以把不常用的东西放到储物柜里，只在需要的时候拿出来。

这样可以节省抽屉的空间，但有时候拿出东西会花费更多的时间。

这种方式可以让你处理更多的东西，但也会增加一些额外的工作。

根据不同的应用场景和系统需求，选择合适的内存管理方式能够提高系统的性能和稳定性。

操作系统需要根据当前的内存状态和作业的需求，合理地分配和管理内存资源，保证系统的正常运行和任务的顺利执行。

 

posted @ 2023-10-11 08:49  asandstar  阅读(115)  评论(0)  编辑  收藏  举报