一、进程与线程

1.并发和并行的区别

并发：一个cpu处理器处理多个任务；
并行：多个cpu处理器处理多个任务；

2.进程和线程是什么？区别？何时用线程何时用进程？

Linux中其实没有进程线程之分，fork和pthraed_create都会do_fork来创建，只是参数不同，pthread的参数会指定多个进程之间共享某些资源；
进程：资源分配；独立的地址空间；进程之间的通信要用进程间通信；创建开销大，切换效率低，但资源管理和保护好
线程：程序执行；共享进程的地址空间和资源，但拥有独立的栈；线程通信方便（全局变量）；创建开销小，切换效率高，适合频繁切换；

3.为什么要用多线程？

解决负载均衡问题，提高CPU利用率，同时干几件事；

4.进程状态？转换图？

进程的状态有：创建，就绪，运行，阻塞，结束

linux系统通常将阻塞状态的进程，换出到硬盘，等到再次需要运行的时候再重新加载进内存；

5.僵尸进程？孤儿进程？

僵尸进程：子进程退出，但父进程没有getwait，为它清理；
孤儿进程：父进程退出，子进程还没退出，子进程将会被init领养；

6.守护进程?怎么实现？

守护进程：运行在后台的进程，只有需要才唤醒；
创建时有意将父进程退出，被init收养，进行setsid，chdir，umask，成为守护进程；

7.僵尸进程的危害？

子进程退出之后，PCB会维护退出信息，如果子进程退出越来越多，但父进程没wait清理，将会占用越来越多的内存，造成内存浪费，甚至会程序崩溃；

8.优先级如何修改？

PRI和NI加起来才是真正执行的优先级，修改优先级只需要修改top + r 修改NICE值就可以了；

9.进程的创建方式？过程？进程的控制结构？
进程的地址空间按低地址到高地址系统地讲述一下，为什么要用进程地址空间？

线程共享的资源是什么?

写时拷贝？为什么要写时拷贝？

9.进程上下文？线程上下文？中断上下文？

内核进程调度过程？

调度算法？

请问就绪状态的进程在等待什么？

空闲的进程和阻塞的进程状态会不会在唤醒的时候误判？

二、进程间通信方式

1.管道，匿名管道：父子间通信；管道是内核里的缓存，是特殊的文件，不在文件系统里面；匿名管道的生命周期，是随进程的创建而建立，随进程的结束而销毁。

有名管道：创建了管道的设备文件，可以在不相关的进程之间进行通信；（无格式的字节流）
2.消息队列；保存在内核的消息链表中，有固定的消息体大小（双态数据拷贝开销，消息体大小有限制）
3.共享内存；不同进程分配一段虚拟内存空间，映射到相同的物理内存中；
4.信号量；不用于缓冲数据，而用于进程之间的同步和互斥；
5.信号；唯一的异步通知机制；进程有三种方式响应信号 1. 执行默认操作、2. 捕捉信号、3. 忽略信号。
5.套接字；不同主机之间的通信；

3.进程和线程的资源？线程共享的资源是什么？

5.进程线程创建函数？进程的创建过程？

6.父子进程？通信？全局变量？

11.什么是进程调度？

12.进程调度的规则

13.进程调度的算法？

14.什么是上下文切换？

共享内存怎么实现？

三、同步与互斥

8.线程安全是什么？怎么实现？

线程安全就是多线程同时执行的时候和单个线程执行的时候，结果和变量不变，那就是线程安全的；
线程安全问题都是有全局变量和静态变量引起的，我们可以采取的方法有1.加锁互斥访问；2.线程本地化，为共享变量创建本地副本；3.非阻塞同步，没有其他线程争用才能操作成功；

9.同步与互斥？线程同步方法？

线程同步指的是多个线程安装预定的执行顺序去执行；
互斥指的是同一时间只能有一个线程去访问共享资源；
同步：信号量，事件通知；
互斥：互斥锁，临界区；

四、死锁

15.死锁？必要条件？如何解决？

16.如何预防死锁？

17.鸵鸟，银行家算法？

18.递归锁

用户态怎么进入内核态

系统调用和函数调用

五、堆和栈

堆和栈的区别？堆的作用？等

（见freertos章节）

六、内存

什么是虚拟内存？虚拟内存有什么作用？

虚拟内存是虚假的连续内存，需要通过mmu才能转换成真实的物理内存；
优点：
①扩大内存的地址空间，可以超过真实的物理内存；
②每个进程拥有自己独立的地址空间和独立的页表，相互独立，减少了多进程之间地址冲突的问题；
③页表项里记录了属性标志，例如读写权限，为os提供更好的安全性；
缺点：页表占内存，换入换出消耗时间，虚拟地址转换也消耗时间；

内存管理方式有几种？

主要有分块，分段，分页；和它们之间的结合
分块：把内存分为一块一块的，需要了就分配一大块；
分段：根据程序的逻辑，分成不同属性的段，栈段、堆段、数据段、代码段等
分页：分成大小固定的页，linux是4kb；

为什么要分页分段？

分块(内存碎片严重)——>分段(外部内存碎片和内存交换效率低)——>分页(维护页表数据结构占用内存大，页内部碎片)
每个段的长度不固定，所以多个段未必能恰好使用所有的内存空间；
硬盘读写比内存慢，如果读写大段的内存会导致卡顿；

分页的话一次性写入磁盘的也只有少数的一个页或者几个页，效率高很多；
分页我们可以不用一次性将程序加载入内存，我们建立完映射关系之后，可以等到用到的时候再加载到内存中去；

为什么使用多级页表？

页表一定要覆盖全部物理地址空间，如果单级页表就要100多万个页表项，而二级页表就只需要1024的项；当一级页表没有建立映射关系的时候，对应的二级页表项是可以不用建立的；
假设只有 20% 的一级页表项被用到了，4KB（一级页表） + 20% * 4MB（二级页表）= 0.804MB
节约内存！

解释下虚拟地址，逻辑地址，线性地址，物理地址？

程序在使用的地址，还未经段式内存管理单元映射的叫逻辑地址；
通过段式内存管理单元的映射的地址叫线性地址也是，虚拟地址；
在通过页式内存管理单元映射之后变成真实的物理地址；
补充：Linux 内核所采取的办法是使段式映射的过程实际上不起什么作用。linux每个段都是从0地址开始的整个4GB虚拟空间，相当于屏蔽了逻辑地址；

进程从上往下的地址空间是怎么样的？

内核空间，用户空间（env，栈，共享映射区，堆，bss，data，代码段）详见进程部分；

虚拟内存怎么转换为物理内存的？

①当CPU需要进行地址转换时，它会首先检查快表（TLB），如果找到了对应的映射关系，就不需要访问页表；
②否则就去查页表，但并不是所有虚拟页都有对应的物理内存，找不到会触发缺页中断，os会加载所需要的物理内存,并更新页表；
③然后用MMU转换为物理地址；

内存置换算法？

最佳（最来最长时间不被访问的页面），LRU（最不常用的页面），FIFO（最先加载进来的页面），clock（循环链表和指针，扫描访问位如果是0，置换，如果是1，变成0）

缺页中断？

malloc和mmap的时候只是申请的虚拟地址空间，并没有分配虚拟内存对应的物理内存；当进程访问没有建立映射关系的虚拟内存时，处理器自动触发缺页异常；然后操作系统会建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。

当访问的页面不在内存中时，会产生一次缺页中断；具体过程是：页表状态位，是否在内存里--》不在--》缺页中断--》如果内存没满，直接将对应的页调入内存（如果内存满了，同时还要调出一个页回收内存）

系统调用是什么？和库函数有什么区别？

系统调用：是通向操作系统内核的接口，面向底层硬件的；可以从用户态进入内核态；
库函数：把函数放到库里，方便其他人使用；
区别：①可移植性，依赖平台与否；②运行的用户地址空间还是内核地址空间；③开销大小；

malloc的底层是什么？

malloc分配的是虚拟内存；

1.通过brk()从堆分配 < 128k

malloc 通过 brk( 方式申请的内存，free 释放内存的时候，并不会把内存归还给操作系统，而是缓存在malloc 的内存池中，待下次使用:

为什么不全用brk？如果只使用brk，很容易产生越来越多的不可用碎片，导致内存泄漏；

2.通过mmap()从文件映射区分配 >128k

malloc 通过 mmap( 方式申请的内存，free 释放内存的时候，会把内存归还给操作系统，内存得到真正的释放。

为什么不只用mmap？全都用mmap的话每次申请都需要进行核态的变化和缺页中断，cpu消耗大；brk有内存池，直接取出可以减少核态变化和缺页中断的次数；

free() 函数只传入一个内存地址，为什么能知道要释放多大的内存？

在1G内存的计算机中能否malloc(1.2G)？为什么？

可以的，malloc仅与虚拟内存相关；malloc传入的参数是unsigned的，表示范围是超过1.2g的；

malloc能申请多大的内存？

32位的理论上能申请3g，但堆和映射区不是用户空间的全部，也受其他的影响；（还可以再精细）
64位可以申请很大，128tb，即使物理内存只有4GB，申请8GB也是没问题的；有swap分区的话能正常运行，否则会被oom；

内存满了会怎么样？

①后台内存回收（kswapd）：异步，不阻碍进程执行
②直接内存回收（direct reclaim）：同步
③OOM （Out of Memory）机制：杀死占用物理内存比较高的进程

两类内存可以被回收：文件页和匿名页；
文件页：回收干净页直接释放内存，回收脏页写回磁盘再释放内存；
匿名页：linux的swap机制；
linux用活跃链表和非活跃链表来管理这些内存页，越尾的就越不常访问，优先回收不活跃的内存；

linux如何避免内存碎片？

伙伴系统；相邻的内存进行合并；

你自己编程的时候如何减少？

①使用智能指针；②避免频繁的小块内存分配和释放；③使用内存池技术；

设计一个内存池？

在对象使用非常频繁的情况下，我们可以预先在堆中实例化一些对象，在需要用的时候，我们直接在内存池里面拿，而不重新构造，释放的时候是返回给内存池，而不是给OS，这样就不用频繁的分配和回收内存，可以提升效率；

给你一个类，有static，virtual，讲讲这个类的内存分布？

static修饰的成员变量，在全局数据区分配内存
static修饰的成员函数，在代码区分配内存 多态分为静态多态，编译的时候确定；
动态多态执行的时候动态绑定；
如果一个类是局部变量则该类数据存储在栈区，如果一个类是通过new/malloc动态申请的，则该类数据存储在堆区。

为什么要有page cache？操作系统怎么设计的page cache？

减少IO操作，加快读取文件的速度；先从page cache（有一部分磁盘的缓存）里面找，命中了就不用去磁盘里面找了；
文件的每个数据块对应一个page cache项，利用双向链表和搜索树两种数据结构来管理，通过文件内偏移快速定位Cache项；

七、IO复用

++i是否原子操作？

一个进程可以创建多少个线程？

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