面试-操作系统

1.进程和线程之间的区别？
答：进程拥有系统资源的最小单位；而线程是系统独立调度的基本单位。

        线程依赖于进程的存在，一个进程至少有一个线程。

        进程拥有自己的地址空间，而线程共享所属进程的地址空间。

        进程的开销远大于线程的开销。

       多线程程序只要有一个线程崩溃了，整个程序就可能会崩溃，但是多进程中的一个进程崩溃并不会导致其它进程崩溃，因为进程拥有自己独立的 地址空间，所以多进程更加健壮。

2.同一进程中的线程可以共享哪些数据？
答：进程ID和进程组ID，进程代码段，进程的公共数据，进程的当前目录，进程打开的文件描述符

线程独占哪些资源？
答：线程ID，一组寄存器的值，线程自身的栈，错误返回码（线程可能会产生不同的错误返回码，一个线程的错误返回码不应该被其他线程修改）,信号屏蔽字

3.进程间的通信有哪些方式？

共享存储（在通信的两个进程之间存在一块直接访问的共享空间），消息传递(直接通信方式和间接通信方式（发送进程把消息直接发送给某个中间实体，一般我们称之为信箱）)，管道通信（管道实际上就是一个固定大小的缓冲区）。

4.进程同步问题？

管程：将共享变量以及对于共享变量的操作封装起来，形成具有一定接口的功能模块，只能通过管程提供的某个过程才能访问管程中的资源，进程只能互斥的访问管程中的自资源，使用完成后必须唤醒入口等待队列中的其他进程。

管程由一下四个部分所组成：管程的名称；局部与管程内部的一组共享结构的数据说明；对于该数据结构进行操作的一组过程；初始化语句。

临界区：访问临界资源（共享和互斥，例如打印机）的那段代码

5.同步和互斥的区别？

同步 ：多个进程之间因为合作关系使得进程有了先后的次序关系 ，比如A进程必须等待B进程完成之后才能开始这就是同步的例子

互斥：其实是一种特殊的同步，即在同一时刻下并不同的进程不能一起执行，比如A进程不可以和B进程一起运行这就是互斥的例子。

６.并发，并行和异步的区别？

并行：同一时刻，可以有多个进程同时运行，需要多核CPU的支持；

并发：同一时间段内，可以有多个进程依次交替的进行，但是在某一时刻内，只能有一个进程在CPU中运行，从宏观上来看是一起运行的，但是从微观上是串行运行的。

异步：多道程序运行环境允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行并不是一帆风顺的，而是走走停停的，这种以不可预知的速度向前推进的过程就是异步性的体现。

７.进程有哪些状态？

建立，就绪，运行，堵塞，终止。

就绪态和堵塞态之间的区别就在于：就绪态中的进程目前只缺少处理机一种资源；而堵塞态中的进程缺少除了处理机之外的其他资源。

８.进程调度算法？

先来先服务，短进程优先，优先级调度算法，高响应比算法，时间片轮转调度算法，多级反馈调度算法

９.什么叫优先级反转？

高优先级的进程等待一个被低优先级　进程占用的资源，就会出现优先级反转，即低优先级较低的进程比优先级搞的进程先执行。

解决方法：（１）优先级天花板　（２）优先级继承

 

10.什么是僵尸进程。

一个子进程结束后，他的父进程并没有等待它（通过调用wait或者waitpid），那么这个子进程将会成为僵尸进程。

危害：占用进程号，而系统所能使用的进程号是有限的，占用内存。

 

11.孤儿进程

一个父进程已经结束了，但是他的子进程还是在运行，那么这个子进程将成为孤儿进程。孤儿进程会被init(进程ID为1)接管，当这些孤儿进程结束的时候由init完成状态收集工作。

 

12.线程同步的方式

为什么需要线程同步：线程有时候会和其他一些线程共享一些资源，当多个线程同时读写同一份共享资源的时候，可能会发生冲突，所以需要通过线程同步的方法来实现按顺序的访问共享资源。

互斥量：mutex互斥量是一个内核对象，只有拥有互斥对象的线程才能访问互斥资源的权限。

信号量semaphore：信号量对象保存了最大资源计数器和当前可用资源的数量。

事件event：允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务。

临界区critical section：任意时刻只允许一个线程对临界资源进行访问。

互斥量和临界区有什么区别？

互斥量是可以命名的，用于程序中不同线程之间的同步；而临界区只能用于同一进程中线程的同步。创建互斥量的资源需要更多，因此临界区的优势就是速度快，节省资源。

 

13.什么是协程？

协程是一种用户态下的轻量级线程，协程拥有自己的寄存器和栈，协程的调度完全由用户自己控制。

协程与线程的比较

1）一个线程可以有多个协程，一个进程也可以有多个协程；

2）线程和进程都是同步机制，而协程多是异步；

3）协程可以保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。

 

14.什么是IO多路复用？

IO多路复用：单个进程或线程可以同时处理多个IO请求

文件描述符：索引值，指向内核为每个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有的文件或创建一个文件的时候，内核就向进程返回一个文件描述符。内核通过文件描述符来访问文件。文件描述符指向一个文件。

水平触发：只要有一个文件描述符就绪，就会触发通知，如果用户程序没有一次性把数据读写完，下次还会通知。

边缘触发：当文件描述符从未就绪变成就绪时就会通知一次，之后就不会通知，直到再次从未就绪变成就绪（缓冲区从不可读写变成可读写）

区别：边缘触发器效率更高，减少了被重复触发的次数，函数不会返回大量用户程序可能不需要的文件描述符。

为什么边缘触发器一定要用非堵塞IO：避免由于一个文件描述符的堵塞读/堵塞写操作让其他文件描述符的任务出现饥饿状态。

 

15.有哪些常见的IO模型

同步堵塞IO：用户程序发起IO读写操作后，线程堵塞，直到可以开始处理数据；对资源的利用率不高。

同步非堵塞IO：发起IO请求后可以立刻返回，如果没有就绪的数据，需要不断地发起IO请求直到数据就绪；不断重复请求消耗了大量的CPU资源；

异步IO：用户型线程发出IO请求后，继续执行，由内核进行数据的读取并放在由用户指定的缓冲区内，在IO完成之后通知用户线程直接使用。

 

16.什么是用户态和内核态？

目的：为了限制不同程序的访问能力，防止一些程序访问其他程序的内存数据，CPU划分了用户态和内核态两个权限等级。

用户态就只能受限的访问内存，且不允许访问外围设备，没有占用CPU的能力，CPU资源可以被其他程序获取。

内核态可以访问内存中所有数据以及外围设备，也可以进行程序的切换。

所有用户程序都运行在用户态，但有时需要进行一些内核态的操作，比如从硬盘或者键盘读数据，这时就需要进行系统调用，使用陷阱指令，CPU切换到内核态，执行相应的服务，在切换回用户态并返回系统调用的结果。

 

17.为什么要分为用户态和内核态?

安全性，封装性，利于调度。

中断是从用户态切换到内核态的唯一方法。

 

18.什么是死锁？

由于系统中存在一些不可剥夺的资源，当两个或两个以上的进程占有自身的资源并且请求其他资源，导致每个进程都无法向前推进。

四个必要条件：互斥，不可剥夺，请求并保持，循环等待。

思索的处理方法：鸵鸟策略，死锁预防，死锁避免（银行家算法），死锁检测（资源有向图），死锁解除（资源剥夺，进程撤销，进程回滚，杀死进程）

 

19.分页和分段的区别？

页式存储，段式存储，段页式存储（先段后页，只能有一个段表）

区别：目的不同；分页的目的是管理内存，用于虚拟内存以获得更大的地址空间；分段的目的式满足用户的需要，是程序和数据可以被划分为逻辑上独立的地址空间

          大小不同：短的大小不同，由其所完成的功能决定；页的大小固定，由系统决定

         地址空间维度不同：分段是二维地址空间（段号+段内偏移）；分页是一维地址空间(每个进程一个页表，通过一个逻辑地址就可以找到对应的物理地址）。

         分段便于信息的保护和共享；分页的共享受到限制

         碎片：分段没有内部碎片，会产生外碎片；分页会产生内碎片，不会产生外碎片

 

20.什么是虚拟内存？

利用时间和空间局部性原理，让程序获得更多的内存。优点就是让程序可以获得更多的可用内存。

 

21.内部碎片和外部碎片的区别？

内部碎片：已经被分配出去（能明确指出属于那个进程）却不能被利用的内存空间。

外部碎片：还没有被分配出去，但由于太小无法分配给申请内存空间的新进程的空闲区域。

 

22.如何进行地址空间到物理地址的映射？

内存管理单元MMU（Memory Manage Unit）管理着逻辑地址和物理地址的转换。

 

23.有哪些页面置换算法？
OPT（最佳页面置换算法），LRU（最近最久未使用算法），FIFO（先进先出算法），CLOCK，改进性时钟算法（访问位，修改位）

局部性原理

时间：最近访问过的页面在不久的将来还会被访问；

空间：内存中被访问的页周围的页页很可能会被访问。

 

24.什么是颠簸现象

颠簸就是抖动：指的是刚被换出或换入内存的页面又被换入或换出内存。，导致整个系统的使用效率极具下降

解决策略：

修改页面置换算法，降低同时运行的程序数量，终止该进程或者增加物理内存的容量

 

25.磁盘调度

过程：磁头（找到对应的盘面），磁道（一个盘面上的同心圆环，巡道时间），扇区（旋转时间）。为了减少寻道时间的调度算法。

目的：减少巡道时间的调度算法：先来先服务（FCFS）,最短寻找时间优先（SSTF），扫描算法（SCAN），循环扫描算法（C-SCAN），LOOK，C-LOOK