What is .tlb file?

本文介绍了TLB文件作为COM类型库的作用及其在VC中的使用方式,同时阐述了DLL的功能以及如何通过VC编译器将TLB转换为C++可使用的标准文件格式。
  1. tlb文件:com类型库文件,它包含接口相关信息。在需要使用对应com类的模块里,通过"#import xxx.tlb"来调用。
  2. dll: 动态连接库,它包含二进制代码,资源... , VC可以把tlb作为资源编译到dll中。
  3. 在VC下#import "A.tlb" no_namespace;编译后产生A.tlh和A.tli两个文件,不生成namespace,如果没有no_namespace,则生成的内容都在namespace A中。如果dll中含有tlb资源,则也可以使用#import "xxx.dll"来生成tlh和tli文件。一般的c++ dll不能使用#import "xxx.dll"。
  4. tlh、tli文件:是vc++编译器解析tlb文件生成的标准c++文件。因为tlb并不是C++标准的东东,有必要把它们翻译成标准的C++类型,使得C++开发者可以使用。tlh相当于类型申明(头文件),tli相当于定义实现(CPP文件,inline)。
/* 1613 * The madvise(2) system call. 1614 * 1615 * Applications can use madvise() to advise the kernel how it should 1616 * handle paging I/O in this VM area. The idea is to help the kernel 1617 * use appropriate read-ahead and caching techniques. The information 1618 * provided is advisory only, and can be safely disregarded by the 1619 * kernel without affecting the correct operation of the application. 1620 * 1621 * behavior values: 1622 * MADV_NORMAL - the default behavior is to read clusters. This 1623 * results in some read-ahead and read-behind. 1624 * MADV_RANDOM - the system should read the minimum amount of data 1625 * on any access, since it is unlikely that the appli- 1626 * cation will need more than what it asks for. 1627 * MADV_SEQUENTIAL - pages in the given range will probably be accessed 1628 * once, so they can be aggressively read ahead, and 1629 * can be freed soon after they are accessed. 1630 * MADV_WILLNEED - the application is notifying the system to read 1631 * some pages ahead. 1632 * MADV_DONTNEED - the application is finished with the given range, 1633 * so the kernel can free resources associated with it. 1634 * MADV_FREE - the application marks pages in the given range as lazy free, 1635 * where actual purges are postponed until memory pressure happens. 1636 * MADV_REMOVE - the application wants to free up the given range of 1637 * pages and associated backing store. 1638 * MADV_DONTFORK - omit this area from child's address space when forking: 1639 * typically, to avoid COWing pages pinned by get_user_pages(). 1640 * MADV_DOFORK - cancel MADV_DONTFORK: no longer omit this area when forking. 1641 * MADV_WIPEONFORK - present the child process with zero-filled memory in this 1642 * range after a fork. 1643 * MADV_KEEPONFORK - undo the effect of MADV_WIPEONFORK 1644 * MADV_HWPOISON - trigger memory error handler as if the given memory range 1645 * were corrupted by unrecoverable hardware memory failure. 1646 * MADV_SOFT_OFFLINE - try to soft-offline the given range of memory. 1647 * MADV_MERGEABLE - the application recommends that KSM try to merge pages in 1648 * this area with pages of identical content from other such areas. 1649 * MADV_UNMERGEABLE- cancel MADV_MERGEABLE: no longer merge pages with others. 1650 * MADV_HUGEPAGE - the application wants to back the given range by transparent 1651 * huge pages in the future. Existing pages might be coalesced and 1652 * new pages might be allocated as THP. 1653 * MADV_NOHUGEPAGE - mark the given range as not worth being backed by 1654 * transparent huge pages so the existing pages will not be 1655 * coalesced into THP and new pages will not be allocated as THP. 1656 * MADV_COLLAPSE - synchronously coalesce pages into new THP. 1657 * MADV_DONTDUMP - the application wants to prevent pages in the given range 1658 * from being included in its core dump. 1659 * MADV_DODUMP - cancel MADV_DONTDUMP: no longer exclude from core dump. 1660 * MADV_COLD - the application is not expected to use this memory soon, 1661 * deactivate pages in this range so that they can be reclaimed 1662 * easily if memory pressure happens. 1663 * MADV_PAGEOUT - the application is not expected to use this memory soon, 1664 * page out the pages in this range immediately. 1665 * MADV_POPULATE_READ - populate (prefault) page tables readable by 1666 * triggering read faults if required 1667 * MADV_POPULATE_WRITE - populate (prefault) page tables writable by 1668 * triggering write faults if required 1669 * 1670 * return values: 1671 * zero - success 1672 * -EINVAL - start + len < 0, start is not page-aligned, 1673 * "behavior" is not a valid value, or application 1674 * is attempting to release locked or shared pages, 1675 * or the specified address range includes file, Huge TLB, 1676 * MAP_SHARED or VMPFNMAP range. 1677 * -ENOMEM - addresses in the specified range are not currently 1678 * mapped, or are outside the AS of the process. 1679 * -EIO - an I/O error occurred while paging in data. 1680 * -EBADF - map exists, but area maps something that isn't a file. 1681 * -EAGAIN - a kernel resource was temporarily unavailable. 1682 */
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11-14
Operating Systems Courses in operating systems cover the design of the components of an operating system—scheduler, memory manager, file system, etc. Only a small fraction of programmers ever write this kind of code, though. On the other hand, they can access many features of the OS using system calls such as fork, wait, exec, etc. This level of programming is not generally covered in any course. In Chapter 8, we describe process management, and how programmers can make use of the process control features of Unix and Linux. Other Topics We cover a wide range of systems topics, all from a programmer's perspective. Besides those mentioned above, these include machine-level programming, optimizing compilers, processor architecture, linking, performance measurement, virtual memory, I/O, network programming and concurrency. In viewing what to cover about a subject and how to present it, we have used the filter “How could a sophisticated application programmer make use of this material?” Key Points The material in this book has direct value for programmers. Students find that it explains many of the mysterious problems they've already encountered, that it helps them write and debug code more efficiently, and that their programs are more reliable and efficient. Even if this is the only systems course they ever take, they will have achieved a higher level of competence than many entry-level programmers. The material in this book is unique. Much of it is not presented in any other book or taught in previous courses. Instead, a traditional coverage of systems requires programmers to figure out on their own how the characteristics of the systems they study in builder-centric courses can be exploited to improve their programs. Programmers must struggle through confusing Unix man pages or read advanced systems programming books just to use the simple process control functions provided by Unix. The book provides a solid foundation for builder-centric courses. We believe that more advanced systems courses should present systems from a builder's perspective. Students will be much better oriented to the needs and constraints of these systems by first studying them from a programmer's perspective. At Carnegie Mellon, our Introduction to Computer Systems course has become a prequisite for courses in both CS and ECE covering: operating systems, networking, compilers, computer graphics, computer architecture, and embedded system design. Copyright © 2011, 2015 Randal E. Bryant and David R. O'Hallaron翻译以上英文为中文
08-25
以下是针对 **计算机底层原理 20 道高频面试题** 的标准面试答案详解,内容符合中高级 Java 开发、后端开发及系统研发岗位在真实技术面试中的表达规范:逻辑清晰、原理深入、关键词突出、语言专业。每道题均包含 **核心概念 + 实现机制 + 应用场景 + 注意事项**,便于精准作答。 --- ### 1. 计算机的组成结构? 现代计算机由五大基本部件构成(基于冯·诺依曼体系): | 组件 | 功能 | |------|------| | **运算器(ALU)** | 执行算术和逻辑运算 | | **控制器(CU)** | 解码指令,控制各部件协调工作 | | **存储器(Memory)** | 存放程序与数据,包括主存(RAM)、缓存(Cache)、硬盘等 | | **输入设备(Input)** | 如键盘、鼠标,用于向计算机输入信息 | | **输出设备(Output)** | 如显示器、打印机,用于输出结果 | > ✅ 运算器 + 控制器 = **CPU** > ✅ 存储器 + I/O 设备通过总线(Bus)与 CPU 通信 --- ### 2. 冯·诺依曼体系结构? 冯·诺依曼体系是现代计算机的基础架构模型,提出于1945年。 #### 核心思想: 1. **程序存储**:程序和数据以二进制形式共同存储在内存中 2. **顺序执行**:CPU 按地址顺序取指、译码、执行 3. **五大部件组成**:如上所述 4. **采用二进制表示信息** #### 特点: - 程序可被修改(自修改代码) - 支持条件跳转实现分支与循环 > ⚠️ 缺陷:“冯·诺依曼瓶颈”——CPU 与内存之间的带宽限制性能提升 --- ### 3. CPU的运行原理? CPU 是计算机的核心处理器,其运行遵循“取指-译码-执行-写回”周期。 #### 工作流程: 1. **取指(Fetch)**:从 PC(程序计数器)指向的内存地址读取指令 2. **译码(Decode)**:控制单元解析指令操作码和操作数 3. **执行(Execute)**:ALU 执行运算或发出访存/跳转信号 4. **写回(Write-back)**:将结果写入寄存器或内存 #### 关键组件参与: - **PC(Program Counter)**:指向当前指令地址 - **IR(Instruction Register)**:暂存当前指令 - **ACC(Accumulator)**:累加器,存放中间结果 - **ALU**:进行计算 > ✅ 每条指令的执行称为一个“机器周期”,多个时钟周期完成 --- ### 4. 内存的访问机制? 内存访问是 CPU 读写 RAM 中数据的过程。 #### 访问步骤: 1. CPU 将目标地址送入 **地址总线** 2. 控制单元发出读/写命令到 **控制总线** 3. 数据通过 **数据总线** 在 CPU 与内存间传输 #### 性能影响因素: - **访问延迟**:首次访问某行数据较慢(Row Access Delay) - **局部性原理**: - 时间局部性:最近访问的数据可能再次使用 - 空间局部性:相邻地址的数据很可能被连续访问 → 引出 Cache 设计 > ✅ 内存访问远慢于 CPU 处理速度,因此引入多级缓存缓解瓶颈 --- ### 5. 寄存器的作用? 寄存器是 CPU 内部的高速存储单元,用于暂存指令、数据和地址。 #### 主要寄存器类型: | 寄存器 | 作用 | |--------|------| | **通用寄存器(RAX, RBX...)** | 存放操作数和中间结果 | | **程序计数器(PC / RIP)** | 指向下一条要执行的指令地址 | | **指令寄存器(IR)** | 存放当前正在执行的指令 | | **状态寄存器(FLAGS / RFLAGS)** | 记录运算结果状态(如零标志 ZF、进位 CF) | | **栈指针寄存器(SP / RSP)** | 指向函数调用栈顶 | | **基址指针寄存器(BP / RBP)** | 指向当前栈帧起始位置 | > ✅ 特点:数量少(几十个)、速度快(一个时钟周期可访问)、成本高 --- ### 6. 指令集架构? 指令集架构(ISA, Instruction Set Architecture)是软硬件之间的接口规范。 #### 两种主流架构: | 类型 | 特点 | |------|------| | **CISC(复杂指令集)** | x86 架构代表,指令丰富、长度可变、支持复杂操作(如 `rep movsb`) | | **RISC(精简指令集)** | ARM、MIPS、RISC-V 代表,指令简单、定长、单周期执行为主 | #### 对比: | 维度 | CISC | RISC | |------|------|------| | 指令数量 | 多 | 少 | | 编码方式 | 变长 | 定长 | | 执行效率 | 单条功能强,但解码复杂 | 更适合流水线优化 | | 功耗 | 较高 | 较低(适合移动设备) | > ✅ 当前趋势:CISC 芯片内部微码转为 RISC 风格执行(x86 使用 μOps) --- ### 7. 流水线机制? 流水线技术将指令执行划分为多个阶段,并行处理不同指令,提高吞吐率。 #### 典型五级流水线: 1. **IF(Instruction Fetch)**:取指 2. **ID(Instruction Decode)**:译码 3. **EX(Execute)**:执行 4. **MEM(Memory Access)**:访存 5. **WB(Write Back)**:写回 ``` 时钟周期: 1 2 3 4 5 6 7 IF1 ID1 EX1 MEM1 WB1 IF2 ID2 EX2 MEM2 WB2 IF3 ID3 EX3 MEM3 WB3 ``` > ✅ 吞吐量接近每周期一条指令,但存在“冒险”问题(数据依赖、控制跳转) --- ### 8. 超线程技术? 超线程(Hyper-Threading, HT)是 Intel 提出的并发执行技术。 #### 原理: - 单个物理核心模拟出两个逻辑核心(Core0 → Logical Core0 & Core1) - 共享 ALU、Cache、执行单元,但拥有独立的 PC、寄存器组 - 当一个线程等待内存时,另一个线程可以继续执行,提升资源利用率 #### 效果: - 性能提升约 10%~30%,非双倍 - 在 I/O 密集型任务中收益明显,在计算密集型中有限 > ✅ 操作系统将其视为独立 CPU,可用于多线程并行调度 --- ### 9. 缓存一致性协议? 多核 CPU 中每个核心有独立 Cache,需保证数据一致性。 #### MESI 协议(最常见): 定义每个缓存行的四种状态: | 状态 | 含义 | |------|------| | **Modified (M)** | 本核修改过,与其他副本不一致,需写回内存 | | **Exclusive (E)** | 仅本核持有,未修改,可自由修改 | | **Shared (S)** | 多个核共享,只读 | | **Invalid (I)** | 数据无效,不能使用 | #### 典型操作: - 写命中 Shared 数据 → 发出 Invalidate 请求使其他核失效 - 读 Miss → 广播 Read 请求获取最新数据 > ✅ 协议通过总线嗅探(Bus Snooping)或目录式(Directory-based)实现 --- ### 10. 内存屏障的作用? 内存屏障(Memory Barrier / Fence)用于控制指令重排序行为,确保内存可见性和顺序性。 #### 三类重排序: 1. 编译器重排序 2. CPU 乱序执行(Out-of-Order Execution) 3. 写缓冲导致的写顺序不一致 #### 屏障类型: | 类型 | 说明 | |------|------| | **LoadLoad** | 禁止前面的 Load 与后面的 Load 重排 | | **StoreStore** | 禁止前面的 Store 与后面的 Store 重排 | | **LoadStore** | 禁止 Load 与 Store 重排 | | **StoreLoad** | 最强屏障,防止 Store 和 Load 重排,通常伴随全局锁 | ```cpp // 示例:x86 的 mfence 指令 asm volatile("mfence" ::: "memory"); ``` > ✅ Java 中 `volatile` 变量写入会插入 StoreLoad 屏障,保证可见性与有序性 --- ### 11. 操作系统的启动过程? 操作系统启动是从加电到用户态程序运行的全过程。 #### 启动流程: 1. **加电自检(POST)**:BIOS 检查硬件是否正常 2. **加载 MBR**:BIOS 读取磁盘第 0 扇区(MBR),跳转至引导代码 3. **启动 Bootloader**(如 GRUB):选择内核镜像,加载到内存 4. **加载内核**:将 OS Kernel 解压到内存,开始执行 5. **初始化系统**:设置页表、启动中断、创建 init 进程 6. **启动用户空间**:运行 `/sbin/init` 或 systemd,进入登录界面 > ✅ UEFI 替代传统 BIOS,支持更大磁盘、更快启动、安全启动(Secure Boot) --- ### 12. BIOS的作用? BIOS(Basic Input/Output System)是固化在主板 ROM 中的固件程序。 #### 主要功能: 1. **硬件初始化**:检测 CPU、内存、显卡、硬盘等 2. **POST(Power-On Self Test)**:开机自检 3. **提供低层服务**:如屏幕打印、磁盘读写中断调用 4. **引导操作系统**:查找可启动设备,加载引导扇区 > ⚠️ 现代系统已逐步被 **UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)** 替代,功能更强 --- ### 13. 硬盘的读写机制? 硬盘分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD),机制不同。 #### HDD(机械硬盘): - 数据存储在旋转磁盘表面,通过磁头移动读写 - 三大性能指标: - **寻道时间**:磁头定位到目标磁道 - **旋转延迟**:等待目标扇区转到磁头下 - **传输时间**:数据读出或写入 - 随机 I/O 性能差,顺序 I/O 较好 #### SSD(固态硬盘): - 基于 NAND Flash,无机械结构 - 由主控芯片管理读写、磨损均衡、垃圾回收 - 支持 TRIM 命令释放无效页 - 随机读极快,写寿命受限(P/E 次数) > ✅ 数据库、日志系统推荐使用 SSD 提升 IOPS --- ### 14. 操作系统的中断机制? 中断是外部设备通知 CPU 有事件发生的机制。 #### 中断分类: | 类型 | 来源 | 示例 | |------|------|------| | **硬件中断** | 外设触发 | 键盘输入、网卡收包、定时器到期 | | **软件中断** | 程序主动触发 | 系统调用(int 0x80 / syscall) | | **异常(Exception)** | CPU 内部错误 | 除零、缺页、非法指令 | #### 处理流程: 1. 中断发生 → CPU 保存上下文(CS:EIP, FLAGS) 2. 查中断向量表 → 跳转 ISR(中断服务例程) 3. 执行 ISR → 处理事件(如读网卡数据) 4. 执行 `iret` 恢复现场,继续原程序 > ✅ 中断是实现异步 I/O 和多任务调度的基础 --- ### 15. 虚拟内存的实现? 虚拟内存让每个进程拥有独立的地址空间,隔离且易于管理。 #### 核心机制: - 每个进程使用 **虚拟地址(VA)** - 通过 **MMU(内存管理单元)** 转换为物理地址(PA) - 使用 **分页机制** 将虚拟页映射到物理页帧 #### 优势: - 地址空间隔离,防越界 - 支持内存超分配(Swap) - 程序无需关心物理内存布局 > ✅ 虚拟地址空间通常分为用户空间(0~3G)和内核空间(3G~4G,x86) --- ### 16. 分页与分段的区别? | 特性 | **分页(Paging)** | **分段(Segmentation)** | |------|---------------------|----------------------------| | 划分单位 | 固定大小页面(如 4KB) | 可变长度段(如代码段、堆栈段) | | 目的 | 解决外碎片,简化内存管理 | 满足程序逻辑结构需求 | | 地址结构 | 页号 + 页内偏移 | 段号 + 段内偏移 | | 碎片 | 内碎片(最后一页浪费) | 外碎片(空闲块分散) | | 易实现共享 | 不易(需对齐页) | 容易(整个段共享) | | 当前使用 | 主流(x86/x64 使用段+页混合) | 基本淘汰 | > ✅ 现代系统采用“段页式”:先分段保护,再分页映射 --- ### 17. TLB的作用? TLB(Translation Lookaside Buffer)是 MMU 中的高速缓存,缓存虚拟页到物理页的映射关系。 #### 为什么需要 TLB? - 每次地址转换需查多级页表(如 4 级页表),耗时多次内存访问 - TLB 缓存最近使用的页表项(PTE),命中时直接返回物理地址 #### 特点: - 容量小(几十到几百项),全相连或组相连 - 分为 ITLB(指令)、DTLB(数据) - 上下文切换时需刷新(或使用 ASID 区分进程) > ✅ TLB Miss 代价高昂,可能导致显著性能下降 --- ### 18. MMU的原理? MMU(Memory Management Unit)是 CPU 内负责地址转换和内存保护的硬件单元。 #### 主要功能: 1. **地址转换**:VA → PA,通过页表查找 2. **权限检查**:判断访问是否合法(用户/内核态、读/写/执行) 3. **触发缺页异常**:若页不在内存,引发 Page Fault,由 OS 加载 #### 工作流程: ``` VA → CR3(页目录基址)→ 一级页表 → 二级页表 → ... → 页表项 → PA ↑ TLB 缓存加速 ``` > ✅ 启用分页前必须设置好页表并开启 CR0.PG 标志位 --- ### 19. 操作系统的调度算法? 调度算法决定哪个进程获得 CPU 资源。 #### 常见算法: | 算法 | 说明 | 适用场景 | |------|------|----------| | **FCFS(先来先服务)** | 按到达顺序排队 | 简单但平均等待时间长 | | **SJF(短作业优先)** | 优先执行预估时间短的任务 | 最优平均周转时间,难预测 | | **优先级调度** | 按静态/动态优先级调度 | 实时系统 | | **时间片轮转(RR)** | 每个进程运行固定时间片 | 分时系统,公平 | | **多级反馈队列(MLFQ)** | 多个 RR 队列,优先级动态调整 | Unix/Linux 主流 | | **CFS(完全公平调度器)** | Linux 使用,基于虚拟运行时间(vruntime) | ```c // Linux CFS 核心思想 if (curr->vruntime > se->vruntime) resched_curr(rq); ``` > ✅ 现代操作系统普遍采用抢占式、多级反馈调度策略 --- ### 20. 系统调用的实现? 系统调用是用户程序请求内核服务的唯一合法途径。 #### 实现机制: 1. 用户程序调用封装函数(如 `read()`) 2. 执行软中断指令(`int 0x80` 或 `syscall`) 3. CPU 切换到内核态,跳转至中断处理程序 4. 内核根据系统调用号查表调用对应函数(如 `sys_read`) 5. 执行完毕后返回用户态,恢复上下文 #### 关键点: - 使用 **trap** 进入内核,保证安全性 - 参数传递通过寄存器(如 RAX 存调用号,RDI/RSI 存参数) - 内核栈与用户栈分离,防止越权访问 ```assembly mov rax, 1 ; sys_write mov rdi, 1 ; fd=stdout mov rsi, msg mov rdx, len syscall ``` > ✅ 系统调用开销较大(模式切换、上下文保存),应尽量减少频繁调用 ---
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