面试背诵版—操作系统

发布时间：2022-10-12 11:26:26 所属栏目：Unix 来源：

导读：　　命令：ps -aux

　　windows下main通过任务管理器查看进程PID

　　PID == 0的进程：守护进程

　　PID == 1的进程：

　　初始化，也被称为init进程

　　托管孤儿进程：对孤儿进程进行善后。

　　命令：ps -aux

　　windows下main通过任务管理器查看进程PID

　　PID == 0的进程：守护进程

　　PID == 1的进程：

　　初始化，也被称为init进程

　　托管孤儿进程：对孤儿进程进行善后。

　　原始父进程：

　　PID == 2的进程：守护进程，专门负责虚拟内存的请页操作

　　什么是换页操作？

　　OS支持虚拟内存机制的时候，加载应用程序到内存，并不会进行完整代码的拷贝，只会拷贝当前进程要运行的部分代码。当这部分代码运行完毕之后，会再去拷贝另一部分需要运行的代码到内存中，拷贝的时候是按照一页一页来进行操作的，每一页是4096字节。

　　19. 临界资源和临界区二、死锁 1. 什么是死锁?

　　死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

　　例如，在某个计算机系统中只有一台打印机和一台输入设备，进程A正占用输入设备，同时又提出使用打印机的请求，但此时打印机正被进程B 所占用，而B在未释放打印机之前，又提出请求使用正被A占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去，均无法继续执行，此时两个进程陷入死锁状态。

　　多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

　　如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

　　2. 形成死锁的四个必要条件是什么？互斥：某种资源一次只允许一个进程访问，即该资源一旦分配给某个进程，其他进程就不能再访问，直到该进程访问结束。占有且等待：一个进程本身占有资源（一种或多种），同时还有资源未得到满足，正在等待其他进程释放该资源。不可抢占：别人已经占有了某项资源，你不能因为自己也需要该资源，就去把别人的资源抢过来。循环等待：存在一个进程链，使得每个进程都占有下一个进程所需的至少一种资源。

　　当以上四个条件均满足，必然会造成死锁，相反，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

　　发生死锁的进程无法进行下去，它们所持有的资源也无法释放。这样会导致CPU的吞吐量下降。所以死锁情况是会浪费系统资源和影响计算机的使用性能的。

　　3. 如何处理死锁问题

　　常用的处理死锁的方法有：死锁预防、死锁避免、死锁检测、死锁解除、鸵鸟策略。

　　4. 我们该如何避免死锁？

　　死锁避免的基本思想：系统对进程发出的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，如果分配后系统可能发生死锁,则不予分配，否则予以分配。这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。银行家算法就是经典的死锁避免的算法。

　　5. 死锁的预防

　　理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生：

　　打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源，大部分资源已无法改造。打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足，则退出原占有的资源。打破占有且等待条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源，满足则运行，不然就等待unix线程切换，这样就不会占有且申请。打破循环等待条件：实现资源有序分配策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。 6. 死锁避免和死锁预防有啥不同？

　　死锁预防是设法至少破坏产生死锁的四个必要条件之一，严格的防止死锁的出现；而死锁避免则不那么严格的限制产生死锁的必要条件的存在，因为即使死锁的必要条件存在，也不一定发生死锁。死锁避免是在系统运行过程中注意避免死锁的最终发生。

　　7 . 利用工具排查死锁问题？

　　如果你想排查你的 Java 程序是否死锁，则可以使用 jstack 工具，它是 jdk 自带的线程堆栈分析工具。

　　在 Linux 下，我们可以使用 pstack + gdb 工具来定位死锁问题。

　　pstack 命令可以显示每个线程的栈跟踪信息（函数调用过程），那么，在定位死锁问题时，我们可以多次执行 pstack 命令查看线程的函数调用过程，多次对比结果，确认哪几个线程一直没有变化，且是因为在等待锁，那么大概率是由于死锁问题导致的。

　　三、内存管理 1. 内存管理的功能

　　内存管理主要是为了提高内存利用率，可以通过虚拟技术从逻辑上扩充存储器。

　　内存管理的功能有：

　　1. 什么是分页？

　　答：把内存空间划分为大小相等且固定的块，作为主存的基本单位。因为程序数据存储在不同的页面中，而页面又离散的分布在内存中，因此需要一个页表来记录映射关系，以实现从页号到物理块号的映射。

　　访问分页系统中内存数据需要两次的内存访问 (一次是从内存中访问页表，从中找到指定的物理块号，加上页内偏移得到实际物理地址；第二次就是根据第一次得到的物理地址访问内存取出数据)。

　　在这里插入图片描述

　　2. 什么是分段？

　　答：分页是为了提高内存利用率，而分段是为了满足程序员在编写代码的时候的一些逻辑需求(比如数据共享，数据保护，动态链接等)。

　　分段内存管理当中，地址是二维的，一维是段号，二维是段内地址；其中每个段的长度是不一样的，而且每个段内部都是从0开始编址的。由于分段管理中，每个段内部是连续内存分配，但是段和段之间是离散分配的，因此也存在一个逻辑地址到物理地址的映射关系，相应的就是段表机制。

　　3. 分页和分段有什区别？ 4. 什么是交换空间?

　　操作系统把物理内存(physical RAM)分成-块一块的小内存，每-块内存被称为页(page)。当内存资源不足时，Linux把某些页的内容转移至硬盘上的一块空间上，以释放内存空间。硬盘上的那块空间叫做交换空间(swap space)，而这一过程被称为交换(swapping)。物理内存和交换空间的总容量就是虚拟内存的可用容量。

　　用途:

　　5. 虚拟内存技术

　　虚拟内存就是说，让物理内存扩充成更大的逻辑内存，从而让程序获得更多的可用内存。虚拟内存使用部分加载的技术，让一个进程或者资源的某些页面加载进内存，从而能够加载更多的进程，甚至能加载比内存大的进程，这样看起来好像内存变大了，这部分内存其实包含了磁盘或者硬盘，并且就叫做虚拟内存。

　　6. 虚拟内存的实现方式有哪些?

　　虚拟内存中，允许将一个作业分多次调入内存。采用连续分配方式时，会使相当一部分内存空间都处于暂时或永久的空闲状态，造成内存资源的严重浪费，而且也无法从逻辑上扩大内存容量。因此，虛拟内存的实需要建立在离散分配的内存管理方式的基础上。虚拟内存的实现有以下三种方式:

　　7. 页面置换算法 8.讲一讲IO多路复用?

　　IO多路复用是指内核- - 旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。

　　IO多路复用适用如下场合:

　　9. 硬链接和软链接有什么区别? 10. 中断的处理过程? 保护现场:将当前执行程序的相关数据保存在寄存器中，然后入栈。开中断:以便执行中断时能响应较高级别的中断请求。中断处理关中断:保证恢复现场时不被新中断打扰恢复现场:从堆栈中按序取出程序数据，恢复中断前的执行状态。 11. 什么是用户态和内核态?

　　用户态和系统态是操作系统的两种运行状态:

　　将操作系统的运行状态分为用户态和内核态，主要是为了对访问能力进行限制，防止随意进行些比较危险的操作导致系统的崩溃，比如设置时钟、内存清理，这些都需要在内核态下完成。

　　12. 用户态和内核态是如何切换的?

　　所有的用户进程都是运行在用户态的，但是我们上面也说了,用户程序的访问能力有限，一些比较重要的比如从硬盘读取数据，从键盘获取数据的操作则是内核态才能做的事情，而这些数据却又对用户程序来说非常重要。所以就涉及到两种模式下的转换，即用户态->内核态->用户态，而唯一能够做这些操作的只有系统调用,而能够执行系统调用的就只有操作系统。

　　-般用户态->内核态的转换我们都称之为trap进内核，也被称之为陷阱指令(trap instruction)。

　　13. select、poll 和epoll之间的区别?

　　(1) select: 时间复杂度O(m)

　　elect 的核心功能是调用tcp文件系统的poll函数，不停的查询，如果没有想要的数据，主动执行一次调度（防止一直占用cpu），直到有一个连接有想要的消息为止。从这里可以看出select的执行方式基本就是不同的调用poll,直到有需要的消息为止。

　　(2) poll: 时间复杂度O(n)

　　poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

　　(3) epoll: 时间复杂度0(1)

　　epoll可以理解为event poll,不同于忙轮询和无差别轮询，epoll 会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以说epoll实际上是事件驱动(每个事件关联上fd)的。

　　select, poll, epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制监视多个描述符，一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪) ,就通知程序进行相应的读写操作。但select, poll, epoll本质上都是同步I/O,因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

　　14. 缺页中断会发生什么

　　进程线性地址空间里的页面不必常驻内存，在执行一条指令时，如果发现他要访问的页没有在内存中（即存在位为0），那么停止该指令的执行，并产生一个页不存在的异常，对应的故障处理程序可通过从外存加载该页的方法来排除故障，之后，原先引起的异常的指令就可以继续执行，而不再产生异常。

　　却也中断的处理：

　　1、当前执行流程在内核态时：_do_kernel_fault

　　2、用户进程的缺页中断：_do_page_fault

（编辑：我爱资讯网）

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