嵌入式软件面试经典问题

一、进程与线程（不同的系统资源管理方式）

1.区别

进程：资源分配的基本单位，由一个或者多个线程组成
线程：调度器进行调度的基本单位，一个任务
每个进程都有自己独立的内存空间，一个进程可以有多个线程，进程切换开销大
多个线程共享内存，线程切换开销小
一个进程崩溃不影响其他进程
一个线程崩溃影响所处的整个进程

2.多进程，多线程优缺点

从内存占用，数据共享，同步，CPU利用率，创建销毁和切换速度，可靠性，编程调试比较

3.进程和线程的选择

创建和销毁频繁选线程
需要大量计算，切换频繁选线程
安全稳定选进程，需要速度选线程

4.多进程，多线程通讯（同步）方法

进程间：有名管道（进程AB）和无名管道（父子进程），消息队列，信号量，共享内存，套接字

5.进程状态转换

就绪，阻塞，运行

6.父进程，子进程

父进程调用fork()函数后，复制出一个子进程，两个进程拥有相同的代码段、数据段和用户堆栈
一般设置父进程等待子进程执行完毕

7.上下文切换

进程上下文切换：当进程进行切换时，对CPU所有寄存器的值，堆栈中的内容以及进程的执行位置进行保存，以便再次执行时恢复切换前状态
中断上下文：由于中断信号产生，当前进程中断，对当前进程的执行现场进行保存，转而去执行中断程序

二、C/C++

1.new和malloc

malloc和free是C++/C的库函数，需要加头文件stdlib.h；new和delete是C++的关键字，不需要加头文件，需要编译器支持
使用new申请内存，无需指定内存块大小，编译器会根据类型信息自行计算；malloc需要写出所需分配内存大小
new分配成功时返回是对象类型指针，无需进行类型转换；malloc返回void指针（只知道地址，不知道长度），需要强制类型转换为需要的类型

2.1GB内存能malloc（1.2G）

有可能，malloc函数是申请了一块虚拟地址空间与物理内存无关，得到的是虚拟空间中的地址，之后程序运行提供的物理内存由操作系统完成

3.extern"C"作用

使C++代码中能调用C语言编写的代码，使编译器按C语言进行编译

4.strcat,strncat,strcmp,strcpy，memcpy哪些函数会导致内存溢出，如何改进

strcat(char* dest,char* src) src指向的字符串追加到dest指向的字符串的尾部
strncat(char* dest,const char* src,size_t n) n表示要追加的最大字符数
strcmp(char)比较两个字符串的大小，一个字符一个字符按ASCLL码比较
strcpy(char *dest, const char *src) 把 src 所指向的字符串复制到 dest 不安全，不做任何检查，不判断拷贝大小，不判断目的地址内存是否够用
strncpy(dest,src,n)
memcpy(void *dest, void *src, unsigned int n) 可以拷贝任意类型数据，n表示要复制的最大字符数
strcat和strcpy容易造成内存溢出

5.static用法

static修饰局部变量，使其存储再静态区，函数执行完这个局部变量不会被释放（当二次调用其函数时不会再定义）
static修饰全局变量，使其只在本文件有效
static修饰函数，使得函数只在本文件有效

6.const用法

const修饰的数据只可读不可修改

7.volatile作用和用法

防止编译器优化，每次用到这个变量就读取内存地址的值，而不是保存在寄存器的值
使用情景：一些设备的硬件寄存器（如状态寄存器），多线程中共享的变量，中断函数供其他程序访问的变量

8.const常量和#define宏的区别

#define max 1 在预处理阶段进行替换，不分配内存，不进行类型安全检查
const int max=1； 在编译时确定其值，分配内存，进行类型安全检查

9.变量的作用域，生命周期

全局变量：作用于所在文件，其他文件也可外部引用；一直到程序结束
局部变量：作用局限于一个函数，进入作用域时生成，离开时消失

10.sizeof和strlen

sizeof()是个运算符，返回一个uint类型表示所使用操作数占空间的字节大小,编译的时候就出结果
strlen()是一个参数为字符型指针(char const*)函数，返回该字符串的长度，使用时需引用头文件，运行时才出结果，

int main()  
{   
	char *p = "hello";  
	char arr1 []= "hello";  
	char arr2[] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' }; 
	printf("%d\n", sizeof( p)); 
	//结果4，因为指针变量的所占空间大小仅仅和操作系统位数有关32-4，64-8
    printf("%d\n", sizeof(arr1));
	//结果6，字符串默认以\0结尾，sizeof()包含\0的计算
	printf("%d\n", sizeof(arr2));
	//结果为5，因为为字符型表示，并不含有\0（仅仅字符串有\0）
	printf("%d\n", strlen( p));
	//结果为5，strlen求的是字符串的长度，不包含\0
	printf("%d\n", strlen(arr1));
	//结果为5，strlen求的是字符串的长度，不包含\0
	printf("%d\n", strlen(arr2));
	//因为字符型不包含\0，但字符串需要找到\0才可结束，所以在'o'之后继续向后读取直到找到\0，所以是一个随机值 
}   

11.struct和union内存对齐

内存对齐作用：便于cpu访问内存，节省存储空间
struct对齐：
1、结构体变量的首地址和总大小是结构体中最宽数据类型的整数倍。
2、结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍
将相同类型和大数据成员的放前面的成员放在一起，这样就减少了编译器为了对齐而添加的填充字符。
[^如32位的cpu按4的倍数来寻址，第一个成员为char，第二个为int，第三个为char，分配了12个字节的空间]
如果把两个char放前面，则可以节约4个字节的空间
union对齐：
如int b,char a[9]最大数据成员为char a[9] 则一共分配了12个字节的空间
预编译指令#pragma pack(n)，所有成员对齐以n字节为准
attribute(packed)取消对齐

12.inline函数

以空间换时间的做法，省去函数调用和返回带来的开销，以代码复制为代价直接展开运行
适用被多次调用的语句较少，没有循环递归的函数，否则编译器可能会优化
声明和定义放一起，分离会导致链接错误

13.内存分区

栈区：编译器分配，函数返回值，局部变量
堆区：自行分配
全局区/静态区：全局变量，静态变量，常数
代码区：二进制代码 （ROM）

14.32位编译情况下，判断所使用机器大小端方法

大端存储：高位存在低地址，低位存在高地址
小端存储：高位存在高地址，地位存在低地址
判断方法：
联合体先从低地址开始存，同一时间只有一个成员占有内存

#include 	
int main() {		
union w{	
	int a;
	char b;
}c;
	c.a=1;
	if(c.b==1)
		printf("xiaoduan\n");
	else
		printf("daduan\n");
	return 0;
}

int强制转换为char，p指向a的低字节

#include 
int main() {	
	int a=1;
	char *p=(char*)&a;
	if(*p==1)
		printf("xiaoduan\n");
	else
		printf("daduan\n");
	return 0;
}

15.用变量a给出以下定义

一个指向函数的指针，该函数有一个整形参数并返回一个整形数
int (*a)(int)

16.运算符优先级

先算术再移位再关系符

三、网络编程

1.OSI模型

open system interconnection reference model
物理层：定义数据传输介质 如光纤，mac地址
数据链路层：封装数据 如以太网
网络层：路径选择 如IP
传输层：建立端到端的连接 如TCP,UDP
会话层：管理表示层实体之间的会话连接
表示层：数据格式兼容
应用层：提供软件接口 如http，ssh，ftp，smtp
上图来自https://blog.csdn.net/wwy0324/article/details/109310658?spm=1001.2014.3001.5501

2.TCP,UDP

TCP：传输控制协议，面向连接的，可靠的字节流服务
编程复杂 ，可靠（无差错，不丢失，不重复，按顺序）稳定，效率低，占用资源多
传输前建立连接，确认机制，重传机制，拥塞机制，三次握手机制等
适用对信号质量完整性有要求场景，如发邮件
UDP：用户数据报协议，面向无连接的，不可靠的数据报服务
编程简单，效率高，不可靠
无状态传输，容易丢包
适用对质量要求不高，对速度要求快的场景，如视频电话

3.三次握手，四次挥手

四、常见算法

稳定，不稳定，内排序，外排序，时间复杂度，空间复杂度
冒泡排序：

#include 
void Swap(int *a , int *b)
{
	int tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;
}
void BubbleSort(int* a, int n)
{
	for (int i = n-1; i >= 0; i--){
		for ( int j = 0; j < i; j++){
			if (a[i]>a[j + 1])
				Swap(&a[i], &a[j + 1]);
		}
	}
}
int main() 
{	
	int a[5] = {8,5,8,7,6};
	BubbleSort(a , 5);
	for(int i = 0 ; i < 5 ;i++)
		printf("%d\n",a[i]);
}

快速排序：

void QuickSort(int* a, int low, int high)
{
	int pos;
	if (low < high) {
		pos = FindPos(a, low, high);
		QuickSort(a, low, pos-1); //第二个参数表示第一个元素的下标，第三个参数表示最后一个元素的下标
		QuickSort(a, pos + 1, high);
	}
}

int FindPos(int* a, int low, int high)
{
	int tmp = a[low];
	while (low < high) {
		while (low < high &&a[high] >= tmp)
			--high;
		a[low] = a[high];
		while (low < high && a[low] <= tmp)
			++low;
		a[high] = a[low];
	}	
	a[low] = tmp;//终止while循环之后low和high一定相等
	return high; 
}

五、Linux操作系统

1.Linux内核

进程调度，内存管理，虚拟文件系统，网络接口，进程间通信
https://blog.csdn.net/jinking01/article/details/104547290?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164717396616780261960950%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=164717396616780261960950&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-104547290.es_vector_control_group&utm_term=linux内核&spm=1018.2226.3001.4187

2.linux系统组成

内核，shell，文件系统，应用程序
https://blog.csdn.net/lilygg/article/details/89309461?ops_request_misc=&request_id=&biz_id=102&utm_term=linux系统组成&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduweb~default-0-89309461.nonecase&spm=1018.2226.3001.4187

3.用户空间和内核通信方式

1. 使用mmap系统调用：可以将内核空间的地址映射到用户空间。
2. netlink
3. 使用API
4. 文件
5. 使用proc文件系统

4.系统调用和普通函数调用区别

系统调用：

1. 使用INT和RET指令，内核和应用程序使用的是不同的堆栈
2. 依赖内核，不保证移植
3. 在用户空间和内核上下文环境间切换，开销较大
4. 是操作系统的一个入口点

普通函数：

1. 使用CALL和RET指令，调用时没有堆栈切换
2. 平台移植性好
3. 属于过程调用，开销较小
4. 一个普通功能函数的调用

5.内核态，用户态

内核态：运行系统程序，特权级为R0最高
用户态：运行用户程序，特权级为R3

6.bootloader，内核，根文件

启动顺序：bootloader->kernel->rootfile->app
启动引导程序用来初始化处理器及外设，调用内核完成系统初始化，挂载某个文件为根文件系统，然后加载必要的内核模块，启动应用程序

7.bootloader启动两个阶段

stage1：

1. 基本的硬件初始化(关闭看门口和中断，设置cpu工作频率)
2. 为加载stage2准备RAM空间
3. 拷贝内核映像和文件系统映像到RAM
4. 设置堆栈指针sp
5. 跳转到stage2入口

stage2：

1. 初始化本阶段要使用的硬件(串口，网卡)
2. 检测系统内存映射
3. 加载内核映像和文件系统映像
4. 设置内核的启动参数
5. 调用内核

8.检查内存状态的命令

top
free
cat /proc/meminfo
vmstat

9.程序运行到结束的过程

预处理pre-processing .i
处理源代码中的预处理指令，如进行宏替换，条件编译，引入头文件，还会去除注释，添加行号和文件名标识
编译 compiling .s
把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析，以及优化后，生成相应的汇编代码文件。
汇编 assembling .o
将汇编代码转换成机器可以执行的指令 ，生成目标文件
链接 linking .exe
将各个目标文件整合起来
过程：地址和空间分配，重定位和符号决议

10.堆，栈，内存泄漏，内存溢出

堆：由程序员管理分配
栈：由编译器管理分配
内存泄漏：分配的内存空间使用完后未被回收，直到程序结束。如malloc但未free
内存溢出：要求分配的内存空间超出系统能分配的。因不检查数组边界，不检查类型可靠性
内存越界：使用内存时超出了系统申请的范围。如使用特定的数组越界

11.死锁的原因，产生条件

原因：
资源竞争；进程运行推进的顺序不合适；
产生必要条件：
互斥条件：一个资源每次都只能被一个进程使用
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，已经获得的资源保持不放
不可抢占条件：进程已获得的资源，在未使用完前不能抢占
循环等待条件：若干进程形成一个头尾相接的循环等待资源的关系

12.硬链接和软链接

为解决文件的共享使用
硬链接：ln 源文件 目标文件，类似于Windows的快捷方式
软连接：ln -s 源文件 目标文件，类似于cp -p加同步更新
源文件：即你要对谁建立链接

13.计算机32bit和64bit

寻址空间更大2^48，支持更大内存，每次能处理的数据更多
可以以64位格式寻址，通用寄存器和运算器宽度是64位，并可以对64位操作数执行运算

14.中断和异常

外中断——就是我们指的中断——是指由于外部设备事件所引起的中断，如通常的磁盘中断、打印机中断等
内中断——就是异常——是指由于 CPU 内部事件所引起的中断，如程序出错(非法指令、地址越界)
异常是由于执行了现行指令所引起的。由于系统调用引起的中断属于异常。
中断则是由于系统中某事件引起的，该事件与现行指令无关。
相同点：都是CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应。

15.中断处理流程

请求中断，响应中断，关闭中断，保护断点，中断源识别，保护现场，中断服务程序，恢复现场，开中断，返回

16.挂起，休眠，关机命令

关机：halt,init0,poweroff,shutdown -h 时间
重启：reboot，init 6,shutdown -r 时间
挂起：sudo pm-suspend
休眠：sudo pm-hibernate

17.gcc编译优化

gcc -O
(https://blog.csdn.net/weixin_30517001/article/details/94809515?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164717717916780269881243%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334…%2522%257D&request_id=164717717916780269881243&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2_allsobaiduend~default-3-94809515.es_vector_control_group&utm_term=gcc%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%91%BD%E4%BB%A4&spm=1018.2226.3001.4187)

18.有数据cache情况下DMA数据链路

外设-DMA-DDR-cache-CPU
DMA(direct memory access)
DDR(DRAM)

19.linux命令

20.硬实时系统，软实时系统

硬实时系统有一个刚性的、不可改变的时间限制，它不允许任何超出时限的错误。超时必返回。Freertos，ucos
软实时系统的时限是一个柔性灵活的，它可以容忍偶然的超时错误。Windows、Linux

21.MMU基础

现代操作系统普遍采用虚拟内存管理机制，这需要MMU内存管理单元的支持，负责虚拟地址映射为物理地址。
有些嵌入式处理器没有MMU则不能运行依赖虚拟内存管理的操作系统
有MMU操作系统：windows,linux,macos,android
无MMU操作系统：freertos,ucMos
带MMUCPU：cortex-A,arm9
无MMUCPU:cortex-M