操作系统面试复习-优快云博客

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操作系统面试day1

今天投递了一家大厂的简历，申请的是嵌入式开发工程师（Linux）的岗位
于是想着把操作系统的知识先复习一下，首先想到操作系统我的第一反应肯定是有关进程和线程的区别。

进程和线程都是操作系统最基本的概念，但是比较抽象，不容易掌握。

首先计算机的核心肯定是cpu，他承担了所以的计算任务，就像一座工厂，在不停的工作，运行
假定工厂的电力有限吧，一次只能给一个车间使用，也就是一个车间工作的时候，其他车间都停止工作，在电脑中也就是cpu一次只能运行一次任务
进程就好比工厂的车间，任一时刻，cpu总是运行一个进程，切断其他进程
一个工厂里呢，又会有很多的工人，他们协同工作，完成同一个任务。这时候呢，工人就i是计算机中的线程，协调完成的任务就是进程
一个进程可以包含很多的线程
车间的空间是工人们共享的，比如许多的房间都i是可以进出的，这象征着进程的内存空间是可以共享的，每个线程可以使用这些内存共享
可是呢，虽然一些空间是可以共享的，但有些空间是不能共享的，比如厕所，我们假定里面有人上厕所时，其他人就不能进去了，这代表一个线程使用某些共享进程的时候，其他线程得等它使用完毕，才可以使用这块内存
防止其他人使用这个厕所的一个简单方法，就是在厕所门口加上一把锁，先到的人可以加锁，其他人看见有锁，就会在门口排队，等进去上厕所的人把锁给释放了，才可再进去，这既是“互斥锁”，防止多个线程同时读写某一块内存区域
还有些房间，比如厨房，可以容纳很多人比如n个，当人数大于n的时候，其余人只能在外面等待，好比某些内存区域，只能给固定条目的线程使用
10.解决方法呢也很简单，就是在门口挂n把钥匙，进去的人可以取一把钥匙，出来了把钥匙挂回原位，后来的人发现如果钥匙取空了，只能等待。这就是“信号量”做法，保证多个线程不会相互冲突
因此操作系统的设计可以归结为三点：
（1）已多进程形式，可以多个任务同时进行
（2）以多线程形式，单个任务可以运行多个部分进行
（3）提供协调机制，防止进程之间与线程之间产生冲突，另一方面允许进程与线程之间共享资源。

进程之间的通信方式

管道（pipe）
首先我们下来看一条Linux语句

netstart -tulnp | grep 8080

学过Linux的小伙伴一般都知道 | 是指管道的意思，也即是前面命令的输出结果作为后面命令的输入，也即是netstart -tulnp的结果作为grep 8080的输入
如果两个进程进行通信，也可以通过这种管道的方法来通信的，并且 | 是可以没有名字的，也即是匿名管道
当然有匿名管道也意味这有命名管道了，首先可以创建一个命名管道，然后用另一个管道将里面的数据读出来，这个时候如果管道的内容没有被读出，那么会一直停在这里，知道另一个进程讲里面的内容读出来，由此看出，管道的机制类似于缓存，一个进程将数据放在某个缓冲区内部，等待另一个进程去拿出来，并且管道是单向传输的
这个传输方式有什么缺点呢？
显然，它的效率低下，a进程传给b进程，一定要等b进程获取到数据才能返回。使用管道不适合频繁的通信，当然他也有他的优点，那就是真的很简单，能保证我们的数据不被别人拿走，也算是常用。
最后来理解一些他的官方解释：管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
2. 消息队列
消息队列就是对管道通信的改良，消息通信可以将进程的某个数据放在内存后马上让进程返回，无需等待另一个进程接收再返回
例如a进程给b进程发送消息，只需把消息放在相应的消息队列中，就可以了，b在有需要的时候就去取。具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息。
这种方式有什么缺点嘛？答案也是有的，如果a进程发送的数据内存较大，并且通信非常频繁的话，消息队列就不太适合了。因为a消息过大意味着发送和接收消息都需要很长的时间，这种方法也类似于缓存的方法。那么有没有什么方法可以解决呢？
3. 共享内存
它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等；
共享内存就很有效的解决了拷贝时间长的问题。那么有人这时候也会问了，不是每个进程都有自己的独立内存吗，两个进程怎么共享访问一块内存呢？
我们都知道，在系统分配进程的时候，并不是分配的实际的物理内存，而是虚拟内存。那么我们让进程各自拿出一块虚拟内存出来，然后映射到相同的物理内存上，就可以完成共享内存的机制啦
4. 信号量—主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间得同步和互斥手段；
共享内存的最大的问题是什么呢？没错，就是多线程竞争内存的问题，也即是我们平时所说的线程安全的问题，如何解决呢，那么我们的信号量就派上用途了
信号量的本质是实现进程的互斥与同步。例如信号量的初始值是1，然后进程a来访问内存1的时候，我们把信号量设置为0，这时候进程b也要访问内存1的时候，空间信号量为0，就知道已经有内存来访问内存1了，使用就访问不了内存1了。
5. Socket
这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。