操作系统面试高频考点

1、进程与线程的区别

• 进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的基本单位。
• 进程拥有独立的地址空间，线程没有独立的地址空间，但拥有独立的堆栈和局部变量。
• 在多进程和多线程中，多进程比多线程更健状。由于进程拥有独立的地址空间，所以一个进程异常结束时，不会影响到其它进程；线程没有独立的地址空间，当线程异常结束时，可能会影响到其它线程。
• 创建进程的开销比创建线程的开销大；进程上下文切换的开销比线程上下文切换开销大。

2、进程间通信的方式有哪些

• 管道：（1）无名管道：用于具有亲缘关系的进程间通信，以字节流的形式。（2）有名管道：打破了情缘关系的界限，使两个不相干的进程用管道通信，以字节流的形式。
• 消息队列：数据以块的方式进行传输，但要把数据从用户空间往内核空间拷贝，开销大。
• 共享内存：存在资源竞争的问题
• 信号：异步通信
• 信号量：同步互斥
• socket通信：实现两台计算机间的通信。

3、进程调度算法

• 先来先服务调度算法；按照入队的先后顺序一个进程一个进程的执行
• 最短作业优先调度算法；优先选择运行时间最短的进程运行
• 高响应比优先调度算法；进程调度时，先计算响应比优先级，然后选则响应比优先级最高的进程运行
• 时间片轮转调度算法；每个进程能运行的时间是一样的，进程根据时间片轮流运行
• 最高优先级调度算法；选择优先级最高的进程
• 多级反馈队列调度算法；设置多级队列，队列优先级从高到底、时间片从小到大

4、孤儿进程是什么

（1）父进程先于子进程结束，此时子进程成为一个孤儿进程。

（2）Linux系统规定：所有孤儿进程都成为一个特殊进程（进程1，也就是init进程）的子进程。

5、多线程同步机制有哪些

• 互斥量
• 读写锁
• 条件变量
• 信号量
• 自旋锁

6、简述进程内存分区

• 内核空间：存放操作系统代码和数据
• 栈区：存放局部变量、函数的参数值等，该区域由操作系统控制
• 动态库/共享内存映射区：可执行程序运行依赖的动态库加载在该区域；mmap映射的共享内存也在该区域
• 堆区：提供给程序员自行操作的内存区域，malloc/free和new/delete操作的就是这块内存
• 可读写数据区：

（1）.bss段：存储未初始化的、初始化为0的全局变量和静态变量。

（2）.data段：存储初始化不为0的全局变量和静态变量、const型常量。

• 只读数据区：存放二进制代码、一些const修饰变量、字符串常量等

7、内存碎片

• 如何产生内存碎片

程序员在程序中用malloc向虚拟内存的堆空间动态申请内存，用free释放内存。如果程序存在大量的malloc/free操作且长时间运行，则虚拟内存的堆空间很容易产生内存碎片

• 什么是内存碎片

内存碎片是指堆空间剩余很多离散的空闲内存，但不能满足malloc的分配请求。内存碎片分为外部碎片和内部碎片。下图描述了部分堆空间的内存分配情况，将堆空间以4字节为单位划分为许多分配块，白色块表示空闲内存，浅蓝色和深蓝色块表示已分配的内存。假设内存分配的最小单位是一个分配块（4字节）。

1. 外部碎片：由于堆空间中不存在连续4个分配块大小的空闲内存（白色块），但有许多离散的、小于4个分配块大小的空闲内存。所以当malloc(16)申请16字节时会分配失败，原因是没有连续4个分配块的空闲内存，但有小于4个分配块的空闲内存，这些内存称为外部碎片
2. 内部碎片：由于分配内存的最小单位是一个分配块(4字节)，所以当malloc(5)申请5字节时，堆空间分配两个空闲块共8字节，但程序只需要5字节，剩余的3字节(深蓝色)没有用到，这3字节内存称为内部碎片

8、堆和栈的区别？

• 分配方式不同

栈：由系统自动分配

堆：由程序员手动申请

• 申请大小不同

栈：栈区的内存大小是固定的，只要申请的内存小于栈区剩余的内存，就可以分配成功，否则栈会溢出。

堆：堆区的内存大小是由计算机的虚拟内存决定的，

9、互斥锁与信号量的区别

（1）信号量用于线程同步，互斥锁用于线程互斥。

（2）信号量可以为非负整数，可以实现多个同类资源的多线程同步；互斥锁只能为0/1，只能用于一个资源的互斥访问。

（3）信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到；互斥锁的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用，且多个线程使用多个互斥锁必须注意统一顺序，否则可能造成死锁。

10、同步和异步的区别

• 同步：A调用B，必须等B处理结束后返回，A才能继续往下执行
• 异步：A调用B，不用等B处理结束，A可以继续往下执行，等B处理结束后通过回调等方式通知A

11、死锁

什么是死锁？产生死锁的原因是什么？

（1）死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程将无法向前推进。

（2）原因：①系统资源不足。②资源分配不当。③进程推进的顺序不合适。

死锁的四个必要条件是什么？

（1）互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用，其他进程只能等待。

（2）请求与保持条件：进程已经获得至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时该进程被阻塞，但对已获得资源依然保持不放。

（3）不可剥夺条件：进程所获得的资源不能被其他进程剥夺，只能被自己释放。

（4）循环等待条件：若干进程形成首尾相接循环等待资源的关系。

注意：以上四个条件缺一不可。

死锁的处理方法？

（1）预防死锁：通过设置一些限制条件，去破坏产生死锁的必要条件。

（2）避免死锁：在资源分配过程中，使用某种方法避免系统进入不安全的状态，从而避免发生死锁。

（3）检测和解除死锁：允许死锁的发生，但是通过系统的检测之后，采取一些措施，将死锁清除掉。

怎样预防死锁？

（1）破坏“请求与保持条件”：

①静态分配，即每个进程在开始执行时就申请它所需要的全部资源：

②动态分配，即每个进程在申请所需要的资源时它本身不占用系统资源。

（2）破坏“不可剥夺条件”：一个进程在阻塞等待期间，其占有的资源被隐式释放后被其他进程使用，而阻塞等待的资源只有获得所有需要的资源才能重新启动。

（3）破坏“循环等待条件”：采用资源的有序分配，将所有资源进行编号，紧缺的资源采用  比较大的编号，一个进程只有获得较小编号的资源才可以申请较大编号的资源