每日面经（四）

最新推荐文章于 2024-03-20 08:06:38 发布

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文章讨论了内存管理中malloc函数的限制，如何受内存碎片和系统限制影响；上下文切换的概念，及其对系统性能的影响；互斥锁与自旋锁的原理、优缺点及适用场景；视频直播常用的RTMP、HLS和DASH协议的特点；以及HTTPS加密的过程和安全特性。

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1.malloc最多能申请多少内存

地址空间限制是有的，但是malloc通常情况下申请到的空间达不到地址空间上限。内存碎片会影响到你“一次”申请到的最大内存空间。比如你有10M空间，申请两次2M，一次1M，一次5M没有问题。但如果你申请两次2M，一次4M，一次1M，释放4M，那么剩下的空间虽然够5M，但是由于已经不是连续的内存区域，malloc也会失败。系统也会限制你的程序使用malloc申请到的最大内存。Windows下32位程序如果单纯看地址空间能有4G左右的内存可用，不过实际上系统会把其中2G的地址留给内核使用，所以你的程序最大能用2G的内存。除去其他开销，你能用malloc申请到的内存只有1.9G左右。

2.描述一下上下文切换

在操作系统中，上下文（Context）指的是程序运行时的环境信息，包括程序的 CPU 寄存器的内容、程序运行的堆栈，以及其他必要的状态。当操作系统需要在多个任务之间进行切换时，则需要保存一个任务的上下文信息，用于恢复任务的状态。这个过程就是上下文切换（Context Switching）。

在操作系统中，上下文切换是非常常见的一个操作，它可以通过改变 CPU 的运行环境来实现多任务或者多进程的交替运行。当一个进程或者线程需要等待某些条件达成时，操作系统就会将这个进程或线程的上下文信息保存下来，并切换到另一个进程或者线程运行。当条件达成后，操作系统再将之前保存的上下文信息恢复，让这个进程或线程继续运行。

上下文切换的开销非常大，因为需要保存和恢复大量的状态信息，包括 CPU 寄存器、进程或线程的堆栈、程序计数器、程序状态字等。此外，上下文切换还需要执行复杂的内核操作，包括切换虚拟地址空间、更新页表等。因此，如果上下文切换发生的频率过高，会导致系统性能下降。

3.互斥锁与自旋锁的优缺点？原理？应用场景

互斥锁

互斥锁是一种非常常用的锁机制，也称作互斥量。它是通过操作系统等核心层面提供的互斥保护来实现线程同步的。互斥锁的原理是，在代码临界区（Critical Section）使用锁来保证同一时间只有一个线程访问临界区。当一个线程进入临界区时，操作系统会给它分配一个互斥锁，其他线程想要访问临界区时则需要先尝试获取互斥锁，如果获取不到则需要进入睡眠等待状态。当临界区访问完成后，线程会释放互斥锁，使得其他线程可以继续访问临界区。

优点

可以有效避免竞态条件（Race Condition）和死锁等问题。
由于利用了操作系统等核心层面提供的互斥保护，可以保证线程安全性。

缺点

互斥锁实现需要操作系统等核心层面提供支持，因此会涉及到内核态和用户态的频繁切换，开销较大。
由于互斥锁是内核实现的，因此需要访问内核资源，而这种操作是相对耗费时间的，因此在高并发场景下性能可能不太理想。
在多个进程中使用互斥锁时，需要使用进程间通信的方式来传递锁，增加了额外的开销和复杂度。

应用场景

对于需要保证线程安全的场景，互斥锁是必不可少的锁机制。
在应用程序中，如果需要竞争某个共享资源，互斥锁同样也是一种非常不错的选择。

自旋锁

自旋锁是另外一种常用的锁机制，它是由多个线程通过不断查询锁状态来进行同步，而不是像互斥锁那样将线程挂起。当一个线程尝试获取自旋锁失败时，它会进入自旋等待（Spin Waiting）状态，即不停查询锁的状态直到获取到锁为止。

自旋锁的原理是，一个线程在访问共享资源之前，先尝试获取自旋锁。如果自旋锁已经被占用，则线程等待一段时间，然后再次尝试获取锁。如果在一定的时间内获取到了锁，则线程可以访问共享资源；否则线程会继续等待。当线程访问完成后，会释放自旋锁，以便其他等待线程可以获取锁。当然，自旋锁也可以在尝试若干次后主动放弃 CPU 进入睡眠状态，以避免出现长时间自旋的情况。

优点

没有进程切换的开销，因此性能相对互斥锁会更好。
自旋锁可以使用在多个进程空间中，因为它不需要使用内核资源。

缺点

如果等待锁的时间过长，则会消耗大量 CPU 资源，导致系统性能下降。
自旋锁被多个线程同时获取时，只能有一个线程获得锁，其他线程都需要等待，因此不适用于互斥锁的应用场景。

应用场景

自旋锁通常适用于锁使用频率非常高且锁持有时间短的场景，例如操作系统内核中的中断处理程序，在其中使用自旋锁效果比较好。

4.视频直播用什么协议为什么

视频直播使用的主要协议有RTMP，HLS和DASH等。

RTMP协议通常被用于低延迟直播。它基于TCP传输，通过流媒体服务器将视频内容推送到客户端。RTMP在传输过程中可以做到数据压缩和优化，因此可以控制延迟。
HLS协议是苹果提出的一种基于HTTP的流媒体传输协议，主要用于苹果设备和浏览器的直播和点播视频。服务器将音视频流转换成HTTP的标准格式，客户端通过HTTP请求来获取流片段数据。HLS技术延迟较高，不能满足实时直播需求。
DASH协议是一种开放标准的流媒体协议，支持多种编码和格式，可以在不同设备和平台间实现无缝转换。DASH相比于HLS来说更强大、更灵活，它可以根据设备性能和网络情况自适应调整视频质量和码率，以提供更佳的用户体验。

总体来说，RTMP协议具有低延迟、多平台支持优势，适用于实时直播等场景；HLS协议则支持多设备、稳定性强，适用于点播和网络环境较差的场景；DASH协议则兼具两种协议的优点，可以自适应调整码率和画质，并提供更好的用户体验。

5.https加密过程

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）是HTTP协议上的安全传输协议，通常使用SSL/TLS协议对HTTP协议进行加密传输。下面是HTTPS加密的过程：

客户端发起HTTPS请求。客户端通过TCP/IP协议与服务器建立连接，发送连接请求，并且请求协商安全传输协议。
服务器回应安全传输协议和证书。如果服务器支持HTTPS协议，它将通过SSL/TLS协议发送数字证书，该数字证书包含了服务器的公钥和证书颁发机构的信息。
客户端验证数字证书。客户端通过证书颁发机构验证数字证书的真实性，确保SSL/TLS协议管理的公钥是来自于服务器端的。如果证书有效，客户端使用证书中的公钥加密一个“随机数”，并将其发送给服务器。
服务器解密客户端发送的信息。服务器使用私钥解密客户端发送的“随机数”。
服务器与客户端使用“随机数”生成对话密钥。服务器通过使用客户端发送的“随机数”和服务器生成的“随机数”生成对话密钥，该对话密钥用于对接受和发送的数据进行加密和解密操作。
数据加密传输。一旦密钥被生成，客户端和服务器可以使用对话密钥对数据进行加密和解密，保证数据的安全传输。

总结来说，HTTPS加密过程包括数字证书认证、公钥加密和私钥解密、对话密钥生成、数据加密传输等几个步骤。虽然HTTPS协议传输过程要比HTTP协议复杂，但是它能够保证数据传输的安全性，防止敏感信息被窃取和篡改。