linux面试准备2
1. 線程的實(shí)現(xiàn)方式. (也就是用戶線程與內(nèi)核線程的區(qū)別)
內(nèi)核級(jí)線程:切換由內(nèi)核控制，當(dāng)線程進(jìn)行切換的時(shí)候，由用戶態(tài)轉(zhuǎn)化為內(nèi)核態(tài)。切換完畢要從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)；可以很好的利用smp，即利用多核cpu。windows線程就是這樣的。
用戶級(jí)線程內(nèi)核的切換由用戶態(tài)程序自己控制內(nèi)核切換,不需要內(nèi)核干涉，少了進(jìn)出內(nèi)核態(tài)的消耗，但不能很好的利用多核Cpu,目前Linux pthread大體是這么做的。
線程的實(shí)現(xiàn)可以分為兩類：用戶級(jí)線程(User-Level Thread)和內(nèi)核線線程(Kernel-Level Thread)，后者又稱為內(nèi)核支持的線程或輕量級(jí)進(jìn)程。在多線程操作系統(tǒng)中，各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式并不相同，在有的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了用戶級(jí)線程，有的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核級(jí)線程。
用戶線程指不需要內(nèi)核支持而在用戶程序中實(shí)現(xiàn)的線程，其不依賴于操作系統(tǒng)核心，應(yīng)用進(jìn)程利用線程庫(kù)提供創(chuàng)建、同步、調(diào)度和管理線程的函數(shù)來(lái)控制用戶線程。不需要用戶態(tài)/核心態(tài)切換，速度快，操作系統(tǒng)內(nèi)核不知道多線程的存在，因此一個(gè)線程阻塞將使得整個(gè)進(jìn)程（包括它的所有線程）阻塞。由于這里的處理器時(shí)間片分配是以進(jìn)程為基本單位，所以每個(gè)線程執(zhí)行的時(shí)間相對(duì)減少。
內(nèi)核線程：由操作系統(tǒng)內(nèi)核創(chuàng)建和撤銷。內(nèi)核維護(hù)進(jìn)程及線程的上下文信息以及線程切換。一個(gè)內(nèi)核線程由于I/O操作而阻塞，不會(huì)影響其它線程的運(yùn)行。Windows NT和2000/XP支持內(nèi)核線程。
用戶線程運(yùn)行在一個(gè)中間系統(tǒng)上面。目前中間系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方式有兩種，即運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)（Runtime System）和內(nèi)核控制線程。“運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)”實(shí)質(zhì)上是用于管理和控制線程的函數(shù)集合，包括創(chuàng)建、撤銷、線程的同步和通信的函數(shù)以及調(diào)度的函數(shù)。這些函數(shù)都駐留在用戶空間作為用戶線程和內(nèi)核之間的接口。用戶線程不能使用系統(tǒng)調(diào)用，而是當(dāng)線程需要系統(tǒng)資源時(shí)，將請(qǐng)求傳送給運(yùn)行時(shí)，由后者通過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲取系統(tǒng)資源。內(nèi)核控制線程：系統(tǒng)在分給進(jìn)程幾個(gè)輕型進(jìn)程（LWP），LWP可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲得內(nèi)核提供的服務(wù)，而進(jìn)程中的用戶線程可通過(guò)復(fù)用來(lái)關(guān)聯(lián)到LWP，從而得到內(nèi)核的服務(wù)。
以下是用戶級(jí)線程和內(nèi)核級(jí)線程的區(qū)別：
內(nèi)核支持線程是OS內(nèi)核可感知的，而用戶級(jí)線程是OS內(nèi)核不可感知的。
用戶級(jí)線程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度不需要OS內(nèi)核的支持，是在語(yǔ)言（如Java）這一級(jí)處理的；而內(nèi)核支持線程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度都需OS內(nèi)核提供支持，而且與進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度大體是相同的。
用戶級(jí)線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時(shí)將導(dǎo)致其所屬進(jìn)程被中斷，而內(nèi)核支持線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時(shí)，只導(dǎo)致該線程被中斷。
在只有用戶級(jí)線程的系統(tǒng)內(nèi)，CPU調(diào)度還是以進(jìn)程為單位，處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程中的多個(gè)線程，由用戶程序控制線程的輪換運(yùn)行；在有內(nèi)核支持線程的系統(tǒng)內(nèi)，CPU調(diào)度則以線程為單位，由OS的線程調(diào)度程序負(fù)責(zé)線程的調(diào)度。
用戶級(jí)線程的程序?qū)嶓w是運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序，而內(nèi)核支持線程的程序?qū)嶓w則是可以運(yùn)行在任何狀態(tài)下的程序。
內(nèi)核線程的優(yōu)點(diǎn)：
缺點(diǎn)：
用戶進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)：
線程的調(diào)度不需要內(nèi)核直接參與，控制簡(jiǎn)單。
可以在不支持線程的操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
創(chuàng)建和銷毀線程、線程切換代價(jià)等線程管理的代價(jià)比內(nèi)核線程少得多。
允許每個(gè)進(jìn)程定制自己的調(diào)度算法，線程管理比較靈活。這就是必須自己寫管理程序，與內(nèi)核線程的區(qū)別
線程能夠利用的表空間和堆棧空間比內(nèi)核級(jí)線程多。
同一進(jìn)程中只能同時(shí)有一個(gè)線程在運(yùn)行，如果有一個(gè)線程使用了系統(tǒng)調(diào)用而阻塞，那么整個(gè)進(jìn)程都會(huì)被掛起。另外，頁(yè)面失效也會(huì)產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。
缺點(diǎn)：
資源調(diào)度按照進(jìn)程進(jìn)行，多個(gè)處理機(jī)下，同一個(gè)進(jìn)程中的線程只能在同一個(gè)處理機(jī)下分時(shí)復(fù)用
2. 用戶態(tài)和核心態(tài)的區(qū)別
內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)是操作系統(tǒng)的兩種運(yùn)行級(jí)別,當(dāng)程序運(yùn)行在3級(jí)特權(quán)級(jí)上時(shí)，就可以稱之為運(yùn)行在用戶態(tài)，因?yàn)檫@是最低特權(quán)級(jí)，是普通的用戶進(jìn)程運(yùn)行的特權(quán)級(jí)，大部分用戶直接面對(duì)的程序都是運(yùn)行在用戶態(tài)；反之，當(dāng)程序運(yùn)行在0級(jí)特權(quán)級(jí)上時(shí)，就可以稱之為運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序不能直接訪問(wèn)操作系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序。當(dāng)我們?cè)谙到y(tǒng)中執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)，大部分時(shí)間是運(yùn)行在用戶態(tài)下的，在其需要操作系統(tǒng)幫助完成某些它沒(méi)有權(quán)力和能力完成的工作時(shí)就會(huì)切換到內(nèi)核態(tài)。
這兩種狀態(tài)的主要差別是： 處于用戶態(tài)執(zhí)行時(shí)，進(jìn)程所能訪問(wèn)的內(nèi)存空間和對(duì)象受到限制，其所處于占有的處理機(jī)是可被搶占的 ； 而處于核心態(tài)執(zhí)行中的進(jìn)程，則能訪問(wèn)所有的內(nèi)存空間和對(duì)象，且所占有的處理機(jī)是不允許被搶占的。
通常來(lái)說(shuō)，以下三種情況會(huì)導(dǎo)致用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換：
系統(tǒng)調(diào)用
這是用戶態(tài)進(jìn)程主動(dòng)要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用申請(qǐng)使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作，比如前例中fork()實(shí)際上就是執(zhí)行了一個(gè)創(chuàng)建新進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制其核心還是使用了操作系統(tǒng)為用戶特別開(kāi)放的一個(gè)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如Linux的int 80h中斷。
異常
當(dāng)CPU在執(zhí)行運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序時(shí)，發(fā)生了某些事先不可知的異常，這時(shí)會(huì)觸發(fā)由當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程切換到處理此異常的內(nèi)核相關(guān)程序中，也就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)，比如缺頁(yè)異常。
外圍設(shè)備的中斷
當(dāng)外圍設(shè)備完成用戶請(qǐng)求的操作后，會(huì)向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號(hào)，這時(shí)CPU會(huì)暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號(hào)對(duì)應(yīng)的處理程序，如果先前執(zhí)行的指令是用戶態(tài)下的程序，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程自然也就發(fā)生了由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。比如硬盤讀寫操作完成，系統(tǒng)會(huì)切換到硬盤讀寫的中斷處理程序中執(zhí)行后續(xù)操作等。
這3種方式是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)的最主要方式，其中系統(tǒng)調(diào)用可以認(rèn)為是用戶進(jìn)程主動(dòng)發(fā)起的，異常和外圍設(shè)備中斷則是被動(dòng)的。
3. 用戶棧和內(nèi)核棧的區(qū)別
操作系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程會(huì)有兩個(gè)棧，一個(gè)用戶棧，存在于用戶空間，一個(gè)內(nèi)核棧，存在于內(nèi)核空間。當(dāng)進(jìn)程在用戶空間運(yùn)行時(shí)，cpu堆棧指針寄存器里面的內(nèi)容是用戶堆棧地址，使用用戶棧；當(dāng)進(jìn)程在內(nèi)核空間時(shí)，cpu堆棧指針寄存器里面的內(nèi)容是內(nèi)核棧空間地址，使用內(nèi)核棧。
內(nèi)核棧是內(nèi)存中屬于操作系統(tǒng)空間的一塊區(qū)域，其主要用途為：
用戶棧是用戶進(jìn)程空間中的一塊區(qū)域，用于保存用戶進(jìn)程的子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點(diǎn)以及子程序(函數(shù))的局部變量。
PS：那么為什么不直接用一個(gè)棧，何必浪費(fèi)那么多的空間呢？
如果只用系統(tǒng)棧。系統(tǒng)棧一般大小有限，如果中斷有16個(gè)優(yōu)先級(jí)，那么系統(tǒng)棧一般大小為15（只需保存15個(gè)低優(yōu)先級(jí)的中斷，另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)中斷處理程序處于運(yùn)行），但用戶程序子程序調(diào)用次數(shù)可能很多，那樣15次子程序調(diào)用以后的子程序調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點(diǎn)以及子程序(函數(shù))的局部變量就不能被保存，用戶程序也就無(wú)法正常運(yùn)行了。
如果只用用戶棧。我們知道系統(tǒng)程序需要在某種保護(hù)下運(yùn)行，而用戶棧在用戶空間（即cpu處于用戶態(tài)，而cpu處于核心態(tài)時(shí)是受保護(hù)的），不能提供相應(yīng)的保護(hù)措施（或相當(dāng)困難）。
4. 死鎖的概念，導(dǎo)致死鎖的原因
可以把死鎖定義為一組相互競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源或進(jìn)行通信的進(jìn)程間的“永久”阻塞。當(dāng)一組進(jìn)程中的每個(gè)進(jìn)程都在等待某個(gè)事件（典型的情況是等待所請(qǐng)求的資源釋放），而只有在這組進(jìn)程中的其他被阻塞的進(jìn)程才可以觸發(fā)該事件，這時(shí)就稱這組進(jìn)程發(fā)生死鎖。因?yàn)闆](méi)有事件能夠被觸發(fā)，所以死鎖是永久性的。
產(chǎn)生死鎖的原因主要是：
因?yàn)橄到y(tǒng)資源不足。
進(jìn)程運(yùn)行推進(jìn)的順序不合適。
資源分配不當(dāng)?shù)?/p>
導(dǎo)致死鎖的4個(gè)必要條件：
循環(huán)等待條件：在發(fā)生死鎖時(shí)，必然存在一個(gè)進(jìn)程–資源的環(huán)形鏈。
死鎖預(yù)防策略是試圖設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)來(lái)排除發(fā)生死鎖的可能性，方法分為兩類：間接的死鎖預(yù)防方法（防止前面三個(gè)列出的三個(gè)必要條件中的任何一個(gè)的發(fā)生）；直接的死鎖的預(yù)防方法（防止循環(huán)等待的發(fā)生）。
死鎖避免策略
銀行家算法：首先需要定義狀態(tài)和安全狀態(tài)的概念。系統(tǒng)的狀態(tài)是當(dāng)前給進(jìn)程分配的資源情況。因此，狀態(tài)包含兩個(gè)向量Resource（系統(tǒng)中每種資源的總量）和Available（未分配給進(jìn)程的每種資源的總量）及兩個(gè)矩陣Claim（表示進(jìn)程對(duì)資源的需求）和Allocation（表示當(dāng)前分配給進(jìn)程的資源）。安全狀態(tài)是指至少有一個(gè)資源分配序列不會(huì)導(dǎo)致死鎖。當(dāng)進(jìn)程請(qǐng)求一組資源時(shí)，假設(shè)同意該請(qǐng)求，從而改變了系統(tǒng)的狀態(tài)，然后確定其結(jié)果是否還處于安全狀態(tài)。如果是，同意這個(gè)請(qǐng)求；如果不是，阻塞該進(jìn)程知道同意該請(qǐng)求后系統(tǒng)狀態(tài)仍然是安全的。
5. 進(jìn)程調(diào)度算法。(周轉(zhuǎn)時(shí)間 = 程序結(jié)束時(shí)間 – 開(kāi)始服務(wù)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間= 周轉(zhuǎn)時(shí)間 / 要求服務(wù)時(shí)間)
一、先來(lái)先服務(wù)和短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先調(diào)度算法
二、高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法
1)非搶占式優(yōu)先權(quán)算法
2)搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法（高性能計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)）
為了彌補(bǔ)短作業(yè)優(yōu)先算法的不足，我們引入動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)，使作業(yè)的優(yōu)先等級(jí)隨著等待時(shí)間的增加而以速率a提高。 該優(yōu)先權(quán)變化規(guī)律可描述為：優(yōu)先權(quán)=（等待時(shí)間+要求服務(wù)時(shí)間）/要求服務(wù)時(shí)間；即 =（響應(yīng)時(shí)間）/要求服務(wù)時(shí)間
三、基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法
時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法一般用于進(jìn)程調(diào)度，每次調(diào)度，把CPU分配隊(duì)首進(jìn)程，并令其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。 當(dāng)執(zhí)行的時(shí)間片用完時(shí)，由一個(gè)記時(shí)器發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘中斷請(qǐng)求，該進(jìn)程被停止，并被送往就緒隊(duì)列末尾；依次循環(huán)。
多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法 ，不必事先知道各種進(jìn)程所需要執(zhí)行的時(shí)間，它是目前被公認(rèn)的一種較好的進(jìn)程調(diào)度算法。 其實(shí)施過(guò)程如下：
1) 設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，并為各個(gè)隊(duì)列賦予不同的優(yōu)先級(jí)。在優(yōu)先權(quán)越高的隊(duì)列中， 為每個(gè)進(jìn)程所規(guī)定的執(zhí)行時(shí)間片就越小。
2) 當(dāng)一個(gè)新進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)存后，首先放入第一隊(duì)列的末尾，按FCFS原則排隊(duì)等候調(diào)度。 如果他能在一個(gè)時(shí)間片中完成，便可撤離；如果未完成，就轉(zhuǎn)入第二隊(duì)列的末尾，在同樣等待調(diào)度…… 如此下去，當(dāng)一個(gè)長(zhǎng)作業(yè)（進(jìn)程）從第一隊(duì)列依次將到第n隊(duì)列（最后隊(duì)列）后，便按第n隊(duì)列時(shí)間片輪轉(zhuǎn)運(yùn)行。
3) 僅當(dāng)?shù)谝魂?duì)列空閑時(shí)，調(diào)度程序才調(diào)度第二隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行；僅當(dāng)?shù)?到第（i-1）隊(duì)列空時(shí)， 才會(huì)調(diào)度第i隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行，并執(zhí)行相應(yīng)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。
4) 如果處理機(jī)正在處理第i隊(duì)列中某進(jìn)程，又有新進(jìn)程進(jìn)入優(yōu)先權(quán)較高的隊(duì)列， 則此新隊(duì)列搶占正在運(yùn)行的處理機(jī)，并把正在運(yùn)行的進(jìn)程放在第i隊(duì)列的隊(duì)尾。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux面试准备2的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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