操作系统基本知识点

操作系统面试考点

1、明白并发和并行的区别对理解操作系统很重要

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生

并行: 指两个或多个事件在同一时刻发生

操作系统中的程序可以并发执行，而不是并行执行。

2、程序、进程以及线程的区别

从定义来看

程序：程序是对算法的描述，一段静态的代码序列

进程：程序在一个数据集合上的一次运行，它是操作系统资源分配和调度的独立单位，实现操作系统的并发

线程：线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，不拥有系统资源，共享进程资源，实现进程内部的并发

协程：微线程，一个线程有多个协程，协程与线程是不同维度的概念，协程类似一个特殊的函数，协程可以中断又可以回到中断点继续执行，协程之间串行执行。

关系：程序的并发结果具有不可再现性由此引入进程，为了进一步减少开销，引入线程实现进程内部并发，一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，线程依赖于进程而存在

3、进程间的通信的几种方式

共享存储器：相互通信的进程共享某些数据结构和存储区，进程之间通过这些空间通信

管道通信：用于连接一个读进程和一个写进程，以实现进程通信的共享文件

消息队列：以格式化的消息为单位，利用操作系统提供的操作原语，在进程间传递消息，该方法屏蔽了通信细节

客户机-服务器：基于套接字的，用于网络中不同机器的进程通信

信号量：

4、线程之间的同步

互斥量：互斥对象只有一个，可以保证公共资源不会被多个线程同时访问

信号量：它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量

5、进程之间同步

硬件同步，信号量机制，管程机制

6、进程的几种状态

就绪状态：进程已获得除处理机以外的所需资源，等待分配处理机资源

运行状态：进程已获得处理机正在执行

阻塞状态：进程等待某种条件

7、进程调度算法

先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后次序

短作业优先（SJF）：要求运行时间短的作业优先

优先级调度算法：优先级越高越先调度，会出现饥饿现象（可以抢占，可以非抢占）

时间片轮转（可抢占）：为每个进程分配一个时间片

多队列调度算法: 按照队列的类型和性质划分多个就绪队列，每个就绪队列使用不同的调度算法

多级反馈队列: 设置多个就绪队列划分优先级，每个队列都采用先来先服务算法，进程的时间片用完，会放到低级队列的队尾

8、死锁

（1）定义：就是两个或多个进程无限期的阻塞、相互等待的一种状态

（2）死锁产生的四个必要条件

互斥：进程对分配到的资源排它，及资源一段时间只能被一个进程使用

不可抢占：进程占有的资源是不可抢占的

占有并等待：一个进程至少占有一个资源，且等待一个被其他进程占有的资源

循环等待：若干资源形成相互等待的环

（3）处理死锁的方法

a预防死锁

破坏不可抢占条件：已占有不可抢占资源的进程，资源请求得不到满足，就释放已占有资源

占有并等待：一次性给够资源，要么给足，要么不给

循环等待：对资源排序，请求必须严格按照递增顺序请求

b避免死锁

检查系统是否处于不安全状态（银行家算法）

c检测死锁

用于确定系统是否发生死锁

d解除死锁

抢占资源：从其它进程中抢占足够资源，分配给死锁进程

终止进程：撤销一个或多个死锁进程，破坏循环等待链

9、分段管理与分页管理

分段管理：段式存储管理是一种符合用户视角的内存分配管理方案。将程序的地址空间划分为若干段（segment），如代码段，数据段，堆栈段；由段表实现地址空间到物理空间的映射。段式管理的优点是：没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如4k的段换5k的段，会产生1k的外碎片）。

分页管理：在页式存储管理中，将程序的逻辑地址划分为固定大小的页（page），而物理内存划分为同样大小的块，程序加载时，可以将任意一页放入内存中任意一个块，这些块不必连续，从而实现了离散分离。由页表实现地址空间到物理空间的映射。页式存储管理的优点是：没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）。

区别：

目的：分页满足系统管理的需要，用户不可见。分段为了更好的满足用户的需求

大小不同: 页的大小由系统决定是固定的；段的大小由用户决定是不定的

地址空间不同：段向用户提供二维地址空间；页向用户提供的是一维地址空间；

10、局部性原理

时间局部性原理：程序中某条指令被执行，不久后会再次被执行，典型如循环

空间局部性原理: 程序中某个变量被访问，不久后其周围的变量也会被访问，典型如程序顺序执行

11、虚拟内存

定义：具有请求调入和页面置换的功能，并且能从逻辑上对内存容量加以扩充的存储系统。

页面置换算法

最佳置换算法：理论最优，被换出的是永远不会在使用或者最长时间不是使用的页面。

FIFO先进先出：

LFU最少使用：

LRU最近最久：一个页面自上次被访问以来所经历的时间t，t最大

优点：可以运行地址空间比内存空间更大的进程；可以提高系统的并发程度。

12、抖动

定义：系统中同时运行的进程太多，会不断的产生缺页中断，导致频繁的页面调度，致使系统效率急剧下降的现象称为抖动

解决策略：

采取局部置换策略（影响范围控制到最小）；降低多道程序度；杀死进程；增加内存容量

 

系统调用：用户态的进程想要使用内核态的功能，就要使用操作系统提供的API(即系统调用)，由操作系统代为完成此功能。

13、磁盘调度算法

先来先服务：满足先到进程的请求

最短寻道时间：选择访问磁道与当前磁头距离最近的线程。

电梯算法：从里向外，从外向里扫描，依次选择访问磁道与当前磁头距离最近的线程。

14、用户态与内核态

用户态：运行用户程序。

内核态：运行操作系统程序，能够执行更多更高级的指令。