操作系统面经(二)

9、内部碎片和外部碎片

【内部碎片】

内部碎片就是已经被分配出去（能明确指出属于哪个进程）却不能被利用的内存空间；（已分配却用不了）

内部碎片 是处于 （操作系统分配的用于装载某一进程的内存）区域内部的存储块，占有这些区域或页面的进程并不使用这个存储块。而在进程占有这块存储块时，系统无法利用它。直到进程释放它，或进程结束时，系统才有可能利用这个存储块。

单道连续分配只有内部碎片。 多道固定连续分配既有内部碎片，又有外部碎片。

【外部碎片】

外部碎片指的是还没有被分配出去（不属于任何进程），但由于太小了无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域。（太小了还不配分配出去）

外部碎片是处于任何两个已分配区域或页面之间的空闲存储块。这些存储块的总和可以满足当前申请的长度要求，但是由于它们的地址不连续或其他原因，使得系统无法满足当前申请。

10、局部性原理

主要分为时间局部性和空间局部性。

时间局部性：如果执行了程序中的某条指令，那么不久后这条指令很有可能再次执行;如果某个数据被访问过，不久之后该数据很可能再次被访问。(因为程序中存在大量的循环)

空间局部性：一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也很有可能被访问。(因为很多数据在内存中都是连续存放的，并且程序的指令也是顺序地在内存中存放的)

11、分页式、分段式比较⭐️

(1)概念：

页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，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（也是对用户透明的）。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息（比如数据段、代码段和堆栈段等）。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要（用户也是可以使用的）。

(2)区别：

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。

【一句话：分页是为了系统管理，页是物理单位，具有固定大小；分段是为了用户需求，段是逻辑单位，长度不固定】

12、内存管理方式(段/页/段页)

1、块式管理 ：将内存分为几个固定大小的块，每个块中只包含一个进程。(一个进程分一块，进程大分的块就大)

2、页式管理 ：把主存分为大小相等且固定的一页一页的形式，页较小，相对相比于块式管理的划分力度更大，提高了内存利用率，减少了碎片。页式管理通过页表对应逻辑地址 和物理地址。

3、段式管理 ：页式管理虽然提高了内存利用率，但是页式管理其中的页实际并无任何实际意义。 段式管理把主存分为一段段的，最重要的是段是有实际意义的，每个段定义了一组逻辑信息。 段式管理通过段表对应逻辑地址和物理地址。例如,有主程序段 MAIN、子程序段 X、数据段 D 及栈段 S 等。 段式管理通过段表对应逻辑地址和物理地址。

4、段页式管理：段页式管理机制结合了段式管理和页式管理的优点。段页式管理机制就是 把主存先分成若干段，每个段又分成若干页。（分段完后再分页）

13、请你说一说并发和并行

并发（concurrency）：指宏观上看起来两个程序在同时运行，比如说在单核cpu上的多任务。但是从微观上看两个程序的指令是交织着运行的，你的指令之间穿插着我的指令，我的指令之间穿插着你的，在单个周期内只运行了一个指令。这种并发并**不能提高计算机的性能，只能提高效率。

并行（parallelism）：指严格物理意义上的同时运行，比如多核cpu，两个程序分别运行在两个核上，两者之间互不影响，单个周期内每个程序都运行了自己的指令，也就是运行了两条指令。这样说来并行的确提高了计算机的效率。所以现在的cpu都是往多核方面发展。

【一句话：并发是同一时刻只有一个程序运行；并行是同一时刻多个程序运行】

14、多进程和多线程

​ 多线程之间共享同一个进程的地址空间，线程间通信简单，同步复杂，线程创建、销毁和切换简单，速度快，占用内存少，适用于多核分布式系统。但是线程间会相互影响，一个线程意外终止会导致同一个进程的其他线程也终止，程序可靠性弱。多线程模型主要优势为线程间切换代价较小，因此适用于I/O密集型的工作场景，因此I/O密集型的工作场景经常会由于I/O阻塞导致频繁的切换线程。

​ 多进程间拥有各自独立的运行地址空间，进程间不会相互影响，程序可靠性强。但是进程创建、销毁和切换复杂，速度慢，占用内存多，进程间通信复杂，但是同步简单，适用于多核、多机分布。多进程模型的优势是CPU，适用于CPU密集型。

【一句话：多线程：同一进程里存在多个线程共享内存，线程间切换、创建简单，但线程间会相互影响，适用于I/O密集型场景(I/O需要频繁的切换)；多进程：拥有独立空间，程序可靠，适用于CPU密集型(需要频繁的计算)】

15、进程状态转换

进程的五状态模型：

（1）运行态：该进程正在执行。

（2）就绪态：进程已经做好了准备，等待CPU调度运行。

（3）阻塞态（等待态）：进程在某些事情发生前不能执行，等待阻塞进程的事件完成。

（4）创建态：刚刚创建的进程，操作系统还没有把它加入到可执行进程组中，通常是进程控制块已经创建但是还没有加载到内存中的进程。

（5）终止态：操作系统从可执行进程组中释放出的进程，或由于自身或某种原因停止运行。

【一句话：创建–>(就绪–>运行–>阻塞)–>终止】

16、请你说一说用户态和内核态区别

用户态和内核态是操作系统的两种运行级别，两者最大的区别就是特权级不同。用户态拥有最低的特权级，内核态拥有较高的特权级。运行在用户态的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序。内核态和用户态之间的转换方式主要包括：系统调用，异常和中断。