操作系统面试题

1.线程与进程的区别联系（1）线程是进程的一个实体，一个进程可以拥有多个线程，多个线程也可以并发执行。一个没有线程的进程也可以看做是单线程的，同样线程也经常被看做是一种轻量级的进程。并且进程可以不依赖于线程而单独存在，而线程则不然。（2）进程是并发程序在一个数据集合上的一次执行过程，进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，线程是进程的实体，它是比进程更小的能够独立执行的基本单元，线程自己不拥有任何系统资源，但是它可以访问其隶属进程的全部资源。（3）与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表少得多。进程的作用与定义：是为了提高CPU的执行效率，为了避免因等待而造成CPU空转以及其他计算机硬件资源的浪费而提出来的。线程的引入：例如，有一个Web服务器要进程的方式并发地处理来自不同用户的网页访问请求的话，可以创建父进程和多个子进程的方式来进行处理，但是创建一个进程要花费较大的系统开销和占用较多的资源。除外，这些不同的用户子进程在执行的时候涉及到进程上下文切换，上下文切换是一个复杂的过程。所以，为了减少进程切换和创建的开销，提高执行效率和节省资源，人们在操作系统中引入了线程（thread）的概念。2.进程通信方式有哪些？进程间通讯的方式：管道中还有命名管道和非命名管道之分，非命名管道只能用于父子进程通讯，命名管道可用于非父子进程，命名管道就是FIFO，管道是先进先出的通讯方式。FIFO是一种先进先出的队列。它类似于一个管道，只允许数据的单向流动。每个FIFO都有一个名字，允许不相关的进程访问同一个FIFO，因此也成为命名管。消息队列：是用于两个进程之间的通讯，首先在一个进程中创建一个消息队列，然后再往消息队列中写数据，而另一个进程则从那个消息队列中取数据。需要注意的是，消息队列是用创建文件的方式建立的，如果一个进程向某个消息队列中写入了数据之后，另一个进程并没有取出数据，即使向消息队列中写数据的进程已经结束，保存在消息队列中的数据并没有消失，也就是说下次再从这个消息队列读数据的时候，就是上次的数据！！！信号量，不能传递复杂消息，只能用来同步共享内存，只要首先创建一个共享内存区，其它进程按照一定的步骤就能访问到这个共享内存区中的数据，当然可读可写；几种方式的比较：管道：速度慢，容量有限消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题。信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了一块内存的。3.同步的方式有哪些？线程同步指多个线程同时访问某资源时，采用一系列的机制以保证同时最多只能一个线程访问该资源。线程同步是多线程中必须考虑和解决的问题，因为很可能发生多个线程同时访问（主要是写操作）同一资源，如果不进行线程同步，很可能会引起数据混乱，造成线程死锁等问题；线程同步的方式：临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或者一段代码，速度快，适合控制数据访问互斥量：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会同时被多个线程访问信号量：它允许多个线程同一时刻访问同一资源，但是需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中PV操作相似。事件（信号）：通过通知操作的方式来保持多线程的同步，还可以方便的实现多线程的优先级比较的操作总结比较：互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数器。4.ThreadLocal与其它同步机制的比较Threadlocal和其他所有的同步机制都是为了解决多线程中的对同一变量的访问冲突，在普通的同步机制中，是通过对对象加锁来实现多个线程对同一变量的安全访问的。这时该变量是多个线程共享的，使用这种同步机制需要很细致的分析在什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放该对象的索等等。所有这些都是因为多个线程共享了该资源造成的。Threadlocal就从另一个角度来解决多线程的并发访问，Threadlocal会为每一个线程维护一个和该线程绑定的变量副本，从而隔离了多个线程的数据共享，每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。总结：当然ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有效方式；而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量），这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以，如果你需要进行多个线程之间进行通信，则使用同步机制；如果需要隔离多个线程之间的共享冲突，可以使用ThreadLocal，这将极大地简化你的程序，使程序更加易读、简洁。5.进程死锁的条件首先回答死锁的定义，所谓死锁就是一个进程集合中的多个进程因为竞争资源，而造成的互相等待现象。死锁的原因：系统资源不足；多个进程的推进顺序不合理死锁的必要条件：互斥条件（Mutualexclusion）：资源不能被共享，只能由一个进程使用。请求与保持条件（Holdandwait）：已经得到资源的进程可以再次申请新的资源。非剥夺条件（Nopre-emption）：已经分配的资源不能从相应的进程中被强制地剥夺。循环等待条件（Circularwait）：系统中若干进程组成环路，改环路中每个进程都在等待相邻进程正占用的资源。处理死锁的策略：忽略该问题。例如鸵鸟算法，该算法可以应用在极少发生死锁的情况下。传说中，鸵鸟看到危险就把头深埋地下，这是显然是一种很消极的策略。检测死锁并且恢复。通过对资源有序分配，以避免循环等待的“环路”发生。通过破坏死锁的必要条件，来防止死锁的产生。6.Windows下的内存是如何管理的？Windows提供了3种方法来进行内存管理：虚拟内存，最适合用来管理大型对象或者结构数组；内存映射文件，最适合用来管理大型数据流（通常来自文件）以及在单个计算机上运行多个进程之间共享数据；内存堆栈，最适合用来管理大量的小对象。Windows操纵内存可以分两个层面：物理内存和虚拟内存。其中物理内存由系统管理，不允许应用程序直接访问，应用程序可见的只有一个2G地址空间，而内存分配是通过堆进行的。对于每个进程都有自己的默认堆，当一个堆创建后，就通过虚拟内存操作保留了相应大小的地址块（不占有实际的内存，系统消耗很小）。当在堆上分配一块内存时，系统在堆的地址表里找到一个空闲块（如果找不到，且堆创建属性是可扩充的，则扩充堆大小），为这个空闲块所包含的所有内存页提交物理对象（在物理内存上或硬盘的交换文件上），这时就可以访问这部分地址。提交时，系统将对所有进程的内存统一调配，如果物理内存不够，系统试图把一部分进程暂时不访问的页放入交换文件，以腾出部分物理内存。释放内存时，只在堆中将所在的页解除提交（相应的物理对象被解除），继续保留地址空间。如果要知道某个地址是否被占用/可不可以访问，只要查询此地址的虚拟内存状态即可。如果是提交，则可以访问。如果仅仅保留，或没保留，则产生一个软件异常。此外，有些内存页可以设置各种属性。如果是只读，向内存写也会产生软件异常。7.Windows消息调度机制是？A）指令队列；B）指令堆栈；C）消息队列；D）消息堆栈答案：C处理消息队列的顺序。首先Windows绝对不是按队列先进先出的次序来处理的，而是有一定优先级的。优先级通过消息队列的状态标志来实现的。首先，最高优先级的是别的线程发过来的消息（通过sendmessage）；其次，处理登记消息队列消息；再次处理QS_QUIT标志，处理虚拟输入队列，处理wm_paint；最后是wm_timer。8.描述实时系统的基本特性在特定时间内完成特定的任务，实时性与可靠性。所谓“实时操作系统”，实际上是指操作系统工作时，其各种资源可以根据需要随时进行动态分配。由于各种资源可以进行动态分配，因此，其处理事务的能力较强、速度较快。9.中断和轮询的特点对I/O设备的程序轮询的方式，是早期的计算机系统对I/O设备的一种管理方式。它定时对各种设备轮流询问一遍有无处理要求。轮流询问之后，有要求的，则加以处理。在处理I/O设备的要求之后，处理机返回继续工作。尽管轮询需要时间，但轮询要比I/O设备的速度要快得多，所以一般不会发生不能及时处理的问题。当然，再快的处理机，能处理的输入输出设备的数量也是有一定限度的。而且，程序轮询毕竟占据了CPU相当一部分处理时间，因此，程序轮询是一种效率较低的方式，在现代计算机系统中已很少应用。程序中断通常简称中断，是指CPU在正常运行程序的过程中，由于预先安排或发生了各种随机的内部或外部事件，使CPU中断正在运行的程序，而转到为响应的服务程序去处理。轮询——效率低，等待时间很长，CPU利用率不高。中断——容易遗漏一些问题，CPU利用率高。10.什么是临界区？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，每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。（1）如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入；（2）任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待；（3）进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区；（4）如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。10.说说分段和分页页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率；或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编辑程序在对源程序进行编辑时，根据信息的性质来划分。分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性空间，程序员只须利用一个记忆符，即可表示一地址。分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。11.makefile文件的作用是什么？一个工程中的源文件不计其数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中。makefile定义了一系列的规则来指定哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。因为makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。makefile带来的好处就