整理操作系統中常見的知識點，面試問題
1、進程和線程的區別和關係
- 從基本單位來看，進程是系統進行資源分配和調度的基本單位，是對運行程序的封裝；而線程則是CPU分配和調度的基本單位。
- 從切換開銷來看，進程切換開銷比線程切換大。由於不同進程之間資源獨立（佔有獨立的內存塊），因此進程切換需要頁表切換以及頁調度操作；而線程共享進程內資源，因此線程切換只需要切換上下文（寄存器和棧信息）即可。
- 線程是進程的子任務，一個進程可能有多個線程。
2、邏輯地址、線性地址、虛擬地址、物理地址的區別和關係
- 邏輯地址：計算機程序中某條指令的地址，也叫相對地址。一個邏輯地址由兩部分組成：段標識符|段偏移量，所以邏輯地址實際上就是段內偏移。
- 線性地址：也叫虛擬地址，是邏輯地址轉換爲物理地址的中間層。跟邏輯地址的關係爲——在分段部件中邏輯地址是段中的偏移地址，然後加上基地址就是線性地址。線性地址的組成爲[頁目錄索引][頁表索引][物理偏移]
- 物理地址：CPU地址總線上的地址。
具體的轉換關係爲邏輯地址——線性地址——物理地址
3、進程的狀態有哪些
- 就緒態：等待分配資源
- 運行態：運行進程
- 阻塞態：等待某種條件
處於就緒態的進程，在分配到了處理機等資源後轉入運行態；
處於運行態的進程，如果因爲時間片已輪轉完而被剝奪處理機，轉入就緒態；
處於運行態的進程，如果因爲某種原因受阻，轉入阻塞態
4、進程和程序的區別和關係
程序是靜態的代碼，進程是動態的工作程序。程序和進程的關係等同於類與對象的關係。
5、進程間的通信方式
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管道（pipe）及命名管道（named pipe）：管道可用於具有親緣關係的父子進程間的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係進程間的通信；
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信號（signal）：信號是一種比較複雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生；
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消息隊列：消息隊列是消息的鏈接表，它克服了上兩種通信方式中信號量有限的缺點，具有寫權限得進程可以按照一定得規則向消息隊列中添加新信息；對消息隊列有讀權限得進程則可以從消息隊列中讀取信息；
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共享內存：可以說這是最有用的進程間通信方式。它使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，不同進程可以及時看到對方進程中對共享內存中數據得更新。這種方式需要依靠某種同步操作，如互斥鎖和信號量等；
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信號量：主要作爲進程之間及同一種進程的不同線程之間得同步和互斥手段；
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套接字：這是一種更爲一般得進程間通信機制，它可用於網絡中不同機器之間的進程間通信，應用非常廣泛。
6、進程間同步
在多道程序環境下，進程是併發執行的，不同進程之間存在着不同的相互制約關係。
經典的進程同步問題：生產者-消費者問題；哲學家進餐問題；讀者-寫者問題
常見的進程同步解決方法：信號量Mutex和管程
7、死鎖是什麼？舉例說明
- 通俗的闡述：多個進程互相阻塞，循環等待。
- 產生死鎖通俗的原因是：對於共享互斥資源的爭用導致進程互相阻塞。
- 舉例：進程1佔有資源1想要申請資源2，同時進程2佔有資源2想要申請1，均爲非搶佔式，進程12不會主動釋放資源12。
8、死鎖產生的條件有哪些？
- 互斥：一個資源只能同時被一個進程佔用
- 非搶佔式：資源只能由進程本身釋放，而不可被其他進程搶用
- 請求保持：一個進程在申請資源同時，該資源已被佔用並保持不放
- 循環等待：若干進程之間形成一種頭尾相接的循環等待資源的關係
9、解決死鎖的方法
銀行家算法：每次分配資源給進程之前，執行一次安全監測算法，查看按照此種分配方式整個系統是否處於安全狀態
10、中斷是什麼
中斷是指在程序運行過程中，遇到急需處理的事件時，暫時停止該程序，轉而去執行相應的事件處理程序，執行完畢之後再返回繼續執行之前的程序。
中斷分爲軟中斷和硬中斷，軟中斷是軟件實現的中斷，也就是程序運行時其他程序對它的中斷，如程序出錯(非法指令、地址越界)；硬中斷是硬件實現的中斷，是程序運行時硬件設備對程序的中斷，如通常的磁盤中斷、打印機中斷。
11、中斷和異常的區別
- 中斷是由CPU中某事件引起的，是外部原因。
- 異常是由正在執行的現行指令引起的，例如除0，是自身原因。
12、系統調用是什麼，和中斷的關係是什麼
- 系統調用是指當程序需要操作系統所提供的服務，轉入內核態去執行系統調用函數
- 中斷輔助系統調用操作的完成：當需要執行系統調用時，發送一個軟中斷給系統，然後轉而去執行中斷處理程序，即執行系統調用
13、分段和分頁的區別
- 分段是從用戶角度，從邏輯上將程序的地址空間劃分爲若干段（segment），如代碼段，數據段，堆棧段；不會產生內碎片（因爲段大小可變），會產生外碎片（比如4k的段換5k的段，會產生1k的外碎片）
- 分頁是從系統角度，將程序的邏輯地址劃分爲固定大小的頁，提高內存的利用率。沒有外碎片（因爲頁的大小固定），但會產生內碎片（一個頁可能填充不滿）。
14、進程調度策略有哪些？
先了解兩個概念：
- 週轉時間： 從開始申請執行任務，到執行任務完成
- 響應時間： 從開始申請執行任務到開始執行任務
先來先服務調度算法FCFS：按作業或者進程到達的先後順序依次調度；（平均週轉時間可能會很長 ）
短作業優先調度算法SJF：算法從就緒隊列中選擇估計時間最短的作業進行處理，直到得出結果或者無法繼續執行（週轉時間短，但是響應時間長 ）
高相應比算法HRN：響應比=(等待時間+要求服務時間)/要求服務時間；
時間片輪轉調度RR：按到達的先後對進程放入隊列中，然後給隊首進程分配CPU時間片，時間片用完之後計時器發出中斷，暫停當前進程並將其放到隊列尾部，循環 ;（響應時間可以得到保證）
多級反饋隊列調度算法：目前公認較好的調度算法；設置多個就緒隊列併爲每個隊列設置不同的優先級，第一個隊列優先級最高，其餘依次遞減。優先級越高的隊列分配的時間片越短，進程到達之後按FCFS放入第一個隊列，如果調度執行後沒有完成，那麼放到第二個隊列尾部等待調度，如果第二次調度仍然沒有完成，放入第三隊列尾部…。只有當前一個隊列爲空的時候纔會去調度下一個隊列的進程。
15、頁面調度算法
物理內存可能比較小，不能同時放很多進程進來。解決思路：把要運行的代碼移到內存，暫時不用的代碼移入磁盤，內存置換。
- 先進先出（FIFO）算法：總是最先淘汰最先進去的頁面，該算法容易實現。缺點：通常程序調入內存的先後順序和程序執行的先後順序不一致，導致缺頁率高。
- LRU（Least recently use）最近最少使用算法：根據使用時間到現在的長短來判斷
- LFU（Least frequently use）最少使用次數算法：根據使用次數來判斷
- OPT（Optimal replacement）最優置換算法：理論最優；就是要保證置換出去的是不再被使用的頁，該算法無法實現，只能作爲其他算法好壞的一個評價對比。