操作系统

2017/2/16 posted in  面试  

1. 进程和线程的区别。

线程和进程的主要区别是:他们是操作系统不同的管理系统资源的方式。进程拥有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他的进程造成任何的影响,而线程只是进程不同的执行路径而已。线程有自己的堆栈和局部变量,但是线程没有独立的地址空间。通常可以将线程看成是一个轻量级的进程。

cpu 的调度方面,线程是调度的基本单位。并且线程的调度是比较轻量级的,提高了系统的并发性能。同一进程中的线程调度不会引起进程的调度,但是不同进程之间的线程切换还是会引起进程的切换的。
执行过程来看,进程拥有独立的内存单元,同一进程下的线程可以共享改内存区域,提高了运行效率。
逻辑角度来看:(重要区别)多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行。但是,操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用,来实现进程的调度和管理及资源分配。

2. 死锁的必要条件,怎么处理死锁。

四个必要条件:
  1.互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
  2.请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞,对已获得的资源保持不放。
  3.不剥夺条件:进程获得的资源,在未使用完之前,不可以强行剥夺。
  4.循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
处理死锁:
1.死锁的预防:破坏四个死锁的条件,但是都没一定的局限性,相应系统的执行效率
2.死锁的避免:银行家算法。
3.死锁的解决:
  (1) 最简单,最常用的方法就是进行系统的重新启动,不过这种方法代价很大,它意
味着在这之前所有的进程已经完成的计算工作都将付之东流,包括参与死锁的那些进程,以及未参与死锁的进程。
  (2) 撤消进程,剥夺资源。终止参与死锁的进程,收回它们占有的资源,从而解除死锁。这时又分两种情况:一次性撤消参与死锁的全部进程,剥夺全部资源;或者逐步撤消参与死锁的进程,逐步收回死锁进程占有的资源。一般来说,选择逐步撤消的进程时要按照一定的原则进行,目的是撤消那些代价最小的进程,比如按进程的优先级确定进程的代价;考虑进程运行时的代价和与此进程相关的外部作业的代价等因素。

3. Window 内存管理方式:段存储,页存储,段页存储。

分页存储管理基本思想:
用户程序的地址空间被划分成若干固定大小的区域,称为“页”,相应地,内存空间分成若干个物理块,页和块的大小相等。可将用户程序的任一页放在内存的任一块中,实现了离散分配。
页式管理的优点是没有外碎片,每个内碎片不超过页的大小。缺点是,程序全部装入内存,要求有相应的硬件支持。
分段存储管理基本思想:
将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段,每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。存储分配时,以段为单位,段与段在内存中可以不相邻接,也实现了离散分配。段式管理优点是可以分别编写和编译,可以针对不同类型的段采用不同的保护,可以按段为单位来进行共享,包括通过动态链接进行代码共享。缺点是会产生碎片。
段页式存储管理基本思想:
分页系统能有效地提高内存的利用率,而分段系统能反映程序的逻辑结构,便于段的共享与保护,将分页与分段两种存储方式结合起来,就形成了段页式存储管理方式。
在段页式存储管理系统中,作业的地址空间首先被分成若干个逻辑分段,每段都有自己的段号,然后再将每段分成若干个大小相等的页。对于主存空间也分成大小相等的页,主存的分配以页为单位。段页式系统中,作业的地址结构包含三部分的内容:段号 页号 页内位移量程序员按照分段系统的地址结构将地址分为段号与段内位移量,地址变换机构将段内位移量分解为页号和页内位移量。为实现段页式存储管理,系统应为每个进程设置一个段表,包括每段的段号,该段的页表始址和页表长度。每个段有自己的页表,记录段中的每一页的页号和存放在主存中的物理块号。段页式管理是段式管理与页式管理方案结合而成的所以具有他们两者的优点。但反过来说,由于管理软件的增加,复杂性和开销也就随之增加了。

4. 进程的几种状态

创建,就绪,运行,阻塞,退出。
1)就绪——执行:对就绪状态的进程,当进程调度程序按一种选定的策略从中选中一个就绪进程,为之分配了处理机后,该进程便由就绪状态变为执行状态;
2)执行——阻塞:正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行,则进程由执行状态变为
阻塞状态,如进程提出输入/输出请求而变成等待外部设备传输信息的状态,进程申请资源(主存空间或外部设备)得不到满足时变成等待资源状态,进程运行中出现了故障(程序出错或主存储器读写错等)变成等待干预状态等等;
3)阻塞——就绪:处于阻塞状态的进程,在其等待的事件已经发生,如输入/输出完成,资源得到满足或错误处理完毕时,处于等待状态的进程并不马上转入执行状态,而是先转入就绪状态,然后再由系统进程调度程序在适当的时候将该进程转为执行状态;
4)执行——就绪:正在执行的进程,因时间片用完而被暂停执行,或在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高优先级的进程要运行而被迫让出处理机时,该进程便由执行状态转变为就绪状态。

5. IPC 几种通信方式。

c400
信号量:
信号机制是 UNIX 为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值,因此不能用于信息交换,仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无 效指令、某些按键(如 ctrl-c、del 等)等都会产生一个信号,操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。
管道:
无名管道实际上是内存中的一个临时存储区,它由系统安全控制,并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理,并严格按顺序操作,例如不能对管道进行搜索,管道中的信息只能读一次。无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信,并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。有名管道的操作和无名管道类似,不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖
先,其它进程,只要知道该管道的名字,就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信
息。
共享储存段:
共享存储段是主存的一部分,它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联,对每个进程来说,共享存储段有不同的虚拟地址。
信号灯:
信号灯是一组进程共享的数据结构,当几个进程竞争同一资源时(文件、共享内存或消息队列等),它们的操作便由信号灯来同步,以防止互相干扰。
信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源,所有请求该资源的其它进程都将被挂起,一旦该资源得到释放,系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用,以便实现资源的加锁和解锁。
进程间通信的实现技术的特点是:操作系统提供实现机制和编程接口,由用户在程序中实现,保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是,上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。

6. 什么是存虚拟内。

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。 它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存(一个连续完整的地址空间),而实际上,它通常是被分隔成多个物理内存碎片,还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上,在需要时进行数据交换。

7. 虚拟地址、逻辑地址、线性地址、物理地址的区别。

逻辑地址(Logical Address) 是指由程序产生的与段相关的偏移地址部分。例如,你在进行C 语言指针编程中,可以读取指针变量本身值(&操作),实际上这个值就是逻辑地址,它是相对于你当前进程数据段的地址,不和绝对物理地址相干。只有在 Intel 实模式下,逻辑地址才和物理地址相等(因为实模式没有分段或分页机制,Cpu 不进行自动地址转换);逻辑也就是在 Intel 保护模式下程序执行代码段限长内的偏移地址(假定代码段、数据段如果完全一样)。应用程序员仅需与逻辑地址打交道,而分段和分页机制对您来说是完全透明的,仅由系统编程人员涉及。应用程序员虽然自己可以直接操作内存,那也只能在操作系统给你分
配的内存段操作。
线性地址(Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程序代码会产生逻辑地址,或者说是段中的偏移地址,加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机制,那么线性地址可以再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制,那么线性地址直接就是物理地址。Intel 80386 的线性地址空间容量为 4G(2 的 32 次方即 32 根地
址总线寻址)。
物理地址(Physical Address) 是指出现在 CPU 外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号,是地址变换的最终结果地址。如果启用了分页机制,那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。如果没有启用分页机制,那么线性地址就直接成为物理地址了。
虚拟内存(Virtual Memory) 是指计算机呈现出要比实际拥有的内存大得多的内存量。因此它允许程序员编制并运行比实际系统拥有的内存大得多的程序。这使得许多大型项目也能够在具有有限内存资源的系统上实现。一个很恰当的比喻是:你不需要很长的轨道就可以让一列火车从上海开到北京。你只需要足够长的铁轨(比如说 3 公里)就可以完成这个任务。采取的方法是把后面的铁轨立刻铺到火车的前面,只要你的操作足够快并能满足要求,列车就能象在一条完整的轨道上运行。这也就是虚拟内存管理需要完成的任务。在 Linux 0.11 内核中,给每个程序(进程)都划分了总容量为 64MB 的虚拟内存空间。因此程序的逻辑地址范围是0x0000000 到0x4000000。