操作系统基础
并行和并发
并行：在同一个时刻，有多个指令在单个CPU同时执行
并发：在同一个时刻，有多个指令在单个CPU交替执行
进程和线程
进程：正在运行的软件(就是操作系统中正在运行的一个应用程序)
独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位
动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生的，动态消亡的
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行（CPU在多个进程之间进行一个动态的切换）
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径（就是应用程序中做的事情）
单线程：一个线程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则成为多线程程序
进程和线程
进程和线程的区别
进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的最小单位
一个线程只能有一个进程，一个进程可以有多个线程
进程间不会相互影响，但是一个线程如果崩溃，会导致进程与其一起崩溃
进程具有的特征：
动态性：进程是程序的一次执行过程，是临时的，有生命期的，是动态产生的，动态消亡的
并发性：任何进程都可以同其他进行一起并发执行
独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
结构性：是由程序，数据和进程块三部分组成
进程间的通信方式：
1.无名管道( pipe )： 管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
2.高级管道(popen)： 将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们成为高级管道方式。
3.有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
4.消息队列( message queue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
5.信号量( semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
6.信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
7.共享内存( shared memory ) ： 共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
8.套接字( socket ) ： 套解字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
比较：
管道：速度慢，容量有限
消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
信号量：不能传递复杂信息，只能用来同步
共享内存：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步
线程间的通信机制
1.锁机制：互斥锁，条件变量，读写锁
- 互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法
- 读写锁允许多个线程同时读共享数据，而是对写操作是互斥的
- 条件变量可以以原子的方式进行阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试实在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
2.信号量机制：包括无名信号量和命名线程信号量
3.信号机制：类似进程间的信号处理
线程同步的方式？
线程同步的方式：临界区，互斥量，信号量，事件
临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或者一段代码，速度快，适合控制数据访问
互斥量：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限
信号量：它允许多个线程同一时刻访问同一资源，但是需要限制同一事件访问此资源的最大线程数目
事件：通过通知操作的方式来保持多线程的同步
线程同步和互斥的区别
- 互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
- 同步是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。
- 同步其实已经实现了互斥，所以同步是一种更为复杂的互斥。
- 互斥是一种特殊的同步。
互斥：指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排他性。
同步：在互斥的基础上，通过其它机制实现访问者对资源的有序访问
同步：体现的是协作性。互斥：体现的是排他性
同步机制的原则：1.空闲让进，2.忙则等待，3.有限等待，4.让权等待
总的来说，两者的区别就是：
互斥是通过竞争对资源的独占使用，彼此之间不需要知道对方的存在，执行顺序是一个乱序。
同步是协调多个相互关联线程合作完成任务，彼此之间知道对方存在，执行顺序往往是有序的。
lock与unlock方法，替换synchronized，这就是互斥锁的体现。消费者生产者模式就是同步锁的体现。
进程的调度算法有哪些？
1.先来先服务
2.短作业优先
3.时间片轮转调度算法
4.高响应比优先
5.优先权调度算法
6.多级队列调度算法
基础知识
用户态和内核态
介绍：
用户态:只能受限地访问内存地址，且不允许访问外围设备，没有占用CPU地能力,CPU资源可以被其他程序获取
内核态:可以访问内存所有数据以及外围设备，也可以进行程序的切换
为什么要分：
安全性：防止用户程序恶意或者不小心破坏系统/内存/硬件资源
封装性：用户程序不需要实现更加底层地代码
利于调度：如果多个用户程序都在等待键盘输入，这时就需要进行调度；统一交给操作系统调度更加方便
如何从用户态切换到内核态：
系统调用：比如读取命令行输入，本质上是通过中断实现的
用户程序发生异常时：比如缺页异常
外围设备的中断：外围设备完成用户请求的操作之后，会向CPU发出中断信号，这时CPU会处理对应的中断处理程序
僵尸进程和孤儿进程
僵尸进程：
介绍：一个子进程结束后，但他的父进程并没有等待它，那么这个子进程将成为一个僵尸进程
特点：一个死亡的进程，但是并没有销毁，放弃了几乎所有的内存空间，没有任何可执行的代码，也不能被调度，仅仅在进程表中保留一个位置，记载该进程的ID，终止状态以及资源利用信息（CPU事件，内存使用量等等）供父进程手机
危害：占用进程号，系统所能使用的进程号是有限的，占用内存
孤儿进程：
介绍：一个父进程已经结束了，但是它的子进程还在进行，那么这些子进程将称为孤儿进程
孤儿进程会被init结果，当这些孤儿进程结束时由init完成状态收集工作
虚拟内存？
介绍：每个进程拥有独立地地址空间，这个空间被分为大小相等的多个块，称为页。每个页都是一段连续的地址，这些页被映射到物理地址，但并不是所有页都必须在内存中才能运行程序。当程序运行引用到一部分在屋里内存中的地址空间时，由硬件进行必要的映射，当程序引用一部分不在屋里内存中的地址空间时，由操作系统负责将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败命令
特点：对于进程而言，逻辑上似乎有很大的内存空间，实际上其中一部分对应物理内存上的一块（称为帧，通常页和帧的大小相等），还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上。
页面置换算法：
FIFO先进先出算法：在操作系统中经常被用到，比如作业调度
LRU最近最少使用算法：根据使用时间到现在的长短来判断
LFU最少使用次数算法：根据使用次数来判断
OPT最优置换算法：理论的最优，保证置换出去的时不再被使用的页
虚拟内存的好处：
在内存中可以保留多个进程，系统并发度提高
解除了用户与内存之间的紧密约束，进程可以比内存的全部空间还大
分页和分段的区别？
页式存储：一种用户视角内存与物理内存相分离的内存分配管理方案。将程序的逻辑地址划分为固定大小的页。而物理内存划分为同样大小的帧。没有外碎片，但会产生内碎片
段式存储：一种符合用户视角的内存分配管理方案，将程序的地址空间划分为若干段，如代码段，数据段，堆栈段，相互独立，互不干扰
区别：
目的不同：分页是由于系统管理的需要而不是用户的需要，他的信息是物理单位；分段的目的是为了能更好的满足用户的需要，他是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息；
大小不同：页的大小由系统固定，而段的长度却不固定，由其所完成的功能决定
地址空间不同：段向用户提供二维地址空间，页面向用户提供一维地址空间
信息共享：段是信息的逻辑单位，便于存储保护和信息共享，页的保护和共享受限制
内存碎片：页式存储管理的优点是没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）；而段式管理的优点是没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如4k的段换5k的段，会产生1k的外碎片）。
I/O多路复用，怎么实现？
介绍：指单个进程/线程可以同时处理多个IO请求
实现原理：用户将想要监视的文件描述符田间道select/poll/epoll中，由内核监视，函数阻塞。一旦有文件描述符就绪（读就绪或者写就绪），或者超时（设置timeout），函数就会返回