操作系统-高频面试题总结
文章目录
- 1. 操作系统的特征有哪些？
- 2. 说一说进程和线程？
- 3. 进程有哪几种状态？各种状态之间的转换过程？
- 4. 进程通信是什么？有哪些方式？
- 5. 进程同步是什么？有哪些方式？
- 6. 简要介绍进程调度算法？
- 7. 临界区是什么？如何解决冲突？
- 8. 死锁是什么？有什么产生条件？
- 9. 谈一谈死锁的常见解决方法？
- 10. 说一说分页和分段？
- 11. 说说分页存储管理的地址转换过程？
- 12. 什么是虚拟内存？有什么好处？
- 13. 什么是内部碎片，什么是外部碎片？
- 14. 谈谈常见的页面置换算法？
- 15. 说一说进程运行过程中的颠簸现象？
- 16. 中断是什么？说一说中断的处理过程？
1. 操作系统的特征有哪些？
并发：同一段时间内有多个进程并发执行。
共享：系统的资源能被多个同时执行的进程或线程共享。
虚拟：通过时分复用或空分复用技术将一个物理实体虚拟为多个。
异步：系统中的进程是以不可预知的速度进行，与按序执行的同步相反。
2. 说一说进程和线程？
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位；
线程是比进程更小的可独立运行的单位，可以看作轻量级进程，引入线程的目的是为了减小并发执行过程中的开销，增加并发率。一个进程内可以有多个线程。
两者的对比：
- 调度方面：线程是独立的系统调度单位，而进程作为资源的拥有单位。
- 并发性方面：进程间可以并发，一个进程内的多个线程也可以并发。
- 资源方面：进程是基本的资源拥有单位，线程能访问所属进程的资源。
- 系统开销方面：创建或撤销进程，需要回收PCB和系统资源，切换时也要保存和恢复CPU环境，开销比较大。而线程的切换不涉及到太多资源的更改，开销小。
3. 进程有哪几种状态？各种状态之间的转换过程？
就绪态，运行态，阻塞态。
- 就绪态–>运行态：CPU空间，进程被调度。
- 运行态–>就绪态：时间片用完，被抢占。
- 运行态–>阻塞态：等待资源分配，如IO设备。
- 阻塞态–>就绪态：资源分配完毕，如IO操作结束。
4. 进程通信是什么？有哪些方式？
进程通信指的是进程之间交换数据的方式。进程通信分为低级通信和高级通信。
低级通信通过信号量方式。高级通信方式包括：共享存储、消息传递、管道通信。
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信号量：能保证某资源被互斥访问，或控制被访问的顺序（同步）。
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共享存储：在进程之间有一块共享内存区域可直接访问，通过对这个区域的读操作或写操作来实现数据共享，这个过程是互斥的。
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消息传递：进程间以格式化的消息为单位进行数据交换。有直接通信方式和间接通信方式两种，直接通信方式是发送进程直接将消息发送给接收进程缓冲队列，接收进程从缓冲队列中取得消息。间接通信方式是将消息发送到一个中间实体中，相当于信箱，接收进程从实体中取得消息。
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管道通信：管道，就是指连接读进程和写进程的一个共享文件，然后进行半双工地读写文件。
5. 进程同步是什么？有哪些方式？
进程同步指的是多个并发进程的按照某种顺序执行。
- 互斥量：拥有互斥量的进程才能访问资源。互斥量对象只有一个，所以保证公共资源不会被多个线程同时访问。
- 信号量：允许有限个进程访问同一资源，信号量每分配一个减一，直到为0时，就不能继续分配。
- 等待/唤醒事件：通过唤醒的方式来控制多个进程的执行顺序。
6. 简要介绍进程调度算法？
先来先服务算法：按顺序执行进程，优点是公平，缺点是短作业会等待较长时间。
短作业优先算法：选择处理时间最短的先执行，优点是平均等待时间短，周转时间更短，缺点是长作业会一直排在后面，不公平，还可能会造成饥饿。
高相应比算法：响应比=执行时间+等待时间/执行时间，相应比越高，越先执行。优先是综合考虑了等待时间和处理时间。当等待时间相同时，处理时间越短的越先执行；当处理时间相同时，先来的先执行。
时间片轮转：给每个进程分配时间片，按到达顺序，循环执行。优点是公平，而且每个进程都能被执行到。
优先级调度算法：根据上层设置的优先级来决定执行顺序。
多级反馈队列调度算法：是一个效率很高的调度算法。设有多级队列，时间片长度由小到大，优先级由高到低。当有新进程时，加入到优先级最高队列，执行后移动到低一级的队列中。优先执行高优先级队列中的进程，直到高优先级为空，再执行低优先级的进程。
前三种是批处理操作系统常用，后三种倾向于交互式操作系统。
7. 临界区是什么？如何解决冲突？
每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区，一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
解决冲突方法：
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忙则等待：当临界资源正在被访问时，不允许其他进程访问临界资源。
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闲则让进：当临界资源空闲时，让需要访问他的进程来访问它。
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有限访问：一个进程访问临界资源的时间是有限的，不能一直占用。
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让权等待：当进程等待许久一直得不到访问临界资源的机会，应该主动让出，避免出现“忙等”现象。
8. 死锁是什么？有什么产生条件？
死锁是在多个运行的进程中，因为资源的不合理分配而使得他们互相等待别人手里的资源，导致多个进程进入阻塞状态。
- 互斥：他们争抢的资源是不能同时使用的；
- 非剥夺：进程间不会剥夺这些资源，只能自愿释放；
- 占有并保持申请：一个进程至少占有一个资源，并捏着不放，继续申请其他资源；
- 循环等待：进程之间形成头尾相连的资源等待链；
9. 谈一谈死锁的常见解决方法？
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死锁预防
就是确保死锁的四个必要条件中至少一个不满足，就能预防死锁的发生。- 破坏互斥条件：将某些互斥资源变为共享资源，但大部分资源不允许同时使用，无实用价值。
- 破坏非抢占：允许进程强行剥夺资源，但这样实现困难，而且会降低性能。
- 破坏持有和申请：只有在系统能满足进程所需的所有资源时，才进行分配。但进程的申请资源过程是动态的，无法预知他所需的所有资源。
- 破坏循环等待：给资源编号，实行有序分配，只允许按递增顺序申请资源。但是，资源的加入，删除导致编号过程复杂，而且进程使用资源的过程可能是逆序的，就导致一些资源空闲，降低了效率。
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死锁避免
当进程申请资源时，检测资源分配后系统是不是安全状态，就是说，存在一个安全分配序列，使得系统能够分配各个进程所需的资源。如银行家算法。 -
死锁检测与解除
允许进程运行过程中出现死锁，在发生死锁后，通过某种方法检测出，并采取相关措施解除死锁，比如终止所有死锁进程资源，或一次终止一个直到死锁解除。或者剥夺某些死锁进程的资源。
10. 说一说分页和分段？
分页，分段都是内存的非连续分配方式。
分页，指的是将进程的逻辑地址分为大小固定的页，然后每一页对应着一块大小固定的物理内存块，这些物理内存块可以是离散的。
分段，指的是将进程的逻辑地址分为大小不固定的段，每一个段对应着一块离散的物理内存块。
两者的区别是：
- 目的方面：分页是由系统决定，为了提高内存利用率。分段是从用户提出的，为了更好满足用户的需要。
- 大小方面：页的大小是固定的，段的长度不固定，由用户编写的程序决定。
- 地址形式方面：页向用户提供的是一维地址空间。段提供的二维地址空间（段号+段内地址）。
- 信息共享方面：分段便于信息的共享，因为根据段号和段长很容易确定区域，而分页在信息共享方面存在限制，因为共享资源的分布是打散的。
- 内存碎片方面：分页不会产生外部碎片，因为页的大小固定，但可能产生内部碎片，就是一个页填充不满。分段不会产生内部碎片，因为段大小可变，但会产生外部碎片。
11. 说说分页存储管理的地址转换过程？
- 首先根据逻辑地址得到页号和页内偏移量。
- 检查页号是否合法（小于页表长度）。
- 检查快表中是否有相同的页号。
- 如果有，就直接得出起始物理地址，然后加上页内偏移量则为目标物理地址。
- 如果没有，根据页号在页表（慢表）中计算出页表项，判断对应页在不在内存中。
- 如果不在，进程中断，并等待页面置换完毕。
- 根据内存块号，得到基址。
- 起始物理地址+页内偏移量就是目标物理地址。
12. 什么是虚拟内存？有什么好处？
虚拟内存是一种内存扩容技术。
它的思想是，一个运行的进程，不必要把所有的数据全部放入内存中，而是需要用到的时候在从外部调入内存中。而且进程的数据不需要一直保存在内存中，当内存空间不够时，部分数据可以被系统调出内存。
所以在用户的角度上看的内存的大小远远大于实际内存的大小。
好处：在内存中可以保留多个进程的数据，系统并发度提高。
13. 什么是内部碎片，什么是外部碎片？
内部碎片指的是分配给某进程的内存区域中，有些部分没有用上。
外部碎片指的是在动态分配内存过程中，会产生一些很小的空闲内存区域，难以被利用。
14. 谈谈常见的页面置换算法？
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先进先出算法：淘汰最先进入物理内存块的页面。这个算法实现简单，但效率低下，还存在一种问题，当分配的内存块变多时，缺页中断次数可能变多。
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最佳置换算法：淘汰最久不会被访问的页面。这个算法的前提是，已经确定页面的访问序列。但进程要访问哪些页面是不能提前预知的，所以这个算法无法实现。
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最近最久未使用算法：淘汰最近最久未使用的页面，和最佳置换算法的方向相反，这个是往前面找。但这个算法实现困难，需要专门的硬件支持。
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时钟置换算法：给每个页表项增加访问标记和修改标记，循环遍历页面，优先选择未被访问和未被修改的页面进行淘汰。
15. 说一说进程运行过程中的颠簸现象？
颠簸指的是刚刚换出的页面马上就又被换入，刚刚换入的页面马上被换出，从而导致运行效率急剧下降。
这是因为进程拥有的物理内存块数小于频繁使用的页面数。应当增加物理内存块数。
16. 中断是什么？说一说中断的处理过程？
中断是指程序在运行过程中，因为某些事件，需要暂停当前工作，并处理其他事件，处理完毕后，又要恢复之前的状态。
处理过程：
- 保护现场：将当前执行的程序相关数据保存到寄存器。
- 开中断：以便中断时响应更高级别的中断请求。
- 中断处理：执行中断的处理程序。
- 关中断：保证在恢复现场时不受其他影响。
- 恢复现场：从寄存器中读出数据，恢复中断前的状态。