每日十题八股-2025年2月16日-补充材料

1.并行和并发有什么区别？

并发，指的是多个事情，在同一时间段内同时发生了。 并行，指的是多个事情，在同一时间点上同时发生了。 并发的多个任务之间是互相抢占资源的。 只有在多CPU的情况中，才会发生并行。

2.讲一讲你理解的虚拟内存?

虚拟内存是一种计算机内存管理技术，它使得程序可以使用比物理内存更大的内存空间。其核心思想是让程序认为它有一个连续的、私有的内存空间，而实际上这些内存空间可能被分散存储在物理内存和磁盘（通常是硬盘）之间。虚拟内存的实现依赖于硬件（如内存管理单元 MMU）和操作系统的协同工作。

内存管理单元 MMU通过将程序的地址空间划分成若干个固定大小的页或段，并将这些页或者段映射到物理内存中的不同位置，从而使得程序在运行时可以更高效地利用物理内存。

3.什么是死锁，如何预防死锁?

死锁（Deadlock）是指在一个多进程或多线程的环境中，两个或更多的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成一种互相等待的局面，导致它们无法继续执行，系统陷入“僵局”状态。
死锁的四个条件：

• 互斥:至少有一个资源是独占的。
• 占有且等待:进程持有资源的同时等待其他资源。
• 不剥夺:资源不能被强制剥夺
• 循环等待:形成等待循环链条

死锁的预防方法：
为了防止死锁的发生，操作系统和程序可以采取以下策略：
1.破坏互斥条件：
在某些情况下，允许多个进程共享资源，例如共享内存等。但是对于大部分资源（如打印机、硬盘等），很难完全避免互斥条件。
这种方法在实际中较难实现，通常并不适用。

2.破坏请求与保持条件：
资源一次性分配策略：要求进程在开始时就一次性申请所需的所有资源，而不是一部分资源分配，另一部分资源等待。如果进程不能获得所有资源，则不分配任何资源。
这种方法会减少资源分配的灵活性，但能有效避免进程持有部分资源而等待其他资源。

3.破坏不剥夺条件：
资源剥夺策略：当一个进程在等待其他资源时，可以强制它释放已经持有的资源。这样，其他进程可以继续执行，避免进入死锁状态。
这种策略可能导致一些资源的频繁剥夺，从而影响系统的性能，因此需要谨慎使用。

4.破坏循环等待条件：
资源排序策略：对资源进行排序，并要求进程按照固定顺序申请资源。例如，规定资源编号从小到大，进程必须按顺序申请资源。如果进程已经持有编号较大的资源，不能再申请编号较小的资源，从而避免形成循环等待。
银行家算法：通过对资源请求的合理性检查，确保系统始终处于“安全状态”，即没有可能导致死锁的资源分配状态。银行家算法是一种动态资源分配算法，在每次分配资源前，系统会进行安全性检查，确保不会进入死锁状态。

死锁是多进程/多线程系统中的常见问题，它导致系统资源无法有效利用，进程无法继续执行。为预防死锁，我们可以采取破坏死锁四个必要条件中的任意一个或多个条件的方法，常见的策略包括资源一次性分配、资源剥夺、资源排序和银行家算法等。

3.解释一下进程同步和互斥，以及如何实现进程同步和互斥？

进程互斥指的是当多个进程竞争访问共享资源时，确保在任一时刻只有一个进程能够访问该资源。互斥通常用于防止多个进程同时修改共享资源（如数据结构、文件等），以避免数据不一致或破坏数据完整性。

进程同步是指在多个进程或线程之间协调它们的执行顺序，以便按某种顺序或特定时序要求执行共享资源的操作。同步通常用于确保某些操作在多个进程间的协作中按照一定的顺序进行。

互斥的实现： 为了实现进程互斥，常见的方法包括：

• 锁（Lock）：使用互斥锁（mutex）可以确保只有一个进程能够进入临界区（critical section），其他进程必须等待该进程释放锁后才能进入。
• 信号量（Semaphore）：信号量是一种用来控制对共享资源访问的计数器。在互斥的场景下，二值信号量（值为0或1）用于确保只有一个进程可以访问临界区。
• 自旋锁（Spinlock）：自旋锁是一种忙等待的锁类型，当一个进程请求锁时，如果锁已被其他进程占用，它会不断检查锁是否可用，而不是进入阻塞状态。适用于持有锁的时间非常短的场景。

同步的实现：

• 信号量（Semaphore）：信号量不仅可以用于互斥，还可以用于同步。通过使用计数信号量，控制多个进程之间的执行顺序。例如，生产者可以在缓冲区空间有限时等待，消费者可以在缓冲区为空时等待。
• 条件变量（Condition Variable）：条件变量常用于线程同步，允许线程在某个条件不满足时进行阻塞，直到条件满足时再被唤醒。
• 屏障（Barrier）：屏障是一种同步机制，用于协调多个进程或线程在某个点同步执行。所有进程必须在屏障点同步，直到所有进程都到达该点才继续执行。