[系统运维]备战推免-操作系统

1. 操作系统的特点？功能？★

控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机工作和资源分配，以提供给用户和其它软件方便的接口和环境，它是计算机系统最基本的系统软件。（管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务、并合理组织计算机工作流程和为用户方便有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。）

功能：处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理、联网与通信。

特点：
并发性：指两个或两个以上活动或事件在同一时间间隔内发生。宏观上是同时发生，微观上是交替发生。
共享性：计算机系统中的资源可以被并发执行的程序共享。
虚拟：使用时分复用技术和空分复用技术进行虚拟处理。
异步性：允许多个程序并发执行。

2. 中断和系统调用的区别★★★

程序接口是操作系统对外提供服务和功能的手段，由一组系统调用组成，使用系统调用可以获得操作系统的底层服务、访问或使用系统管理的各种软件资源。内存提供一系列具有预定功能的服务例程，通过一组系统调用提供给用户。

系统调用是应用程序获得操作系统服务的唯一途径。

系统调用的作用：
1、内核可以基于权限和规则对资源访问进行裁决，保证系统的安全性；
2、系统调用对资源进行抽象，提供一致性接口，避免用户在使用资源时发生错误，使编程效率大大提升。

系统调用分类：进程管理、文件管理、设备管理、存储管理、进程通信、信息维护

系统调用和函数调用的区别：
1、调用形式和实现方式不同；
2、被调用代码的位置不同；
3、提供的方式不同。

中断定义：在程序执行过程中遇到急需处理的事件时，暂时中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行过程。中断是现代操作系统实现并行性的基础之一。

中断分类：外中断称为中断或者异步中断，指来自处理器之外的中断信号（外设、人工）。内中断称为异常或同步中断，是由指令引起的中断。（访管指令、硬件故障、程序异常）。

系统调用和中断的区别：
1、源头：系统调用来源于应用程序请求操作系统提供服务，中断来源于外设，异常来源于指令。
2、响应方式：系统调用是异步或同步，中断异步，异常同步。
3、处理机制：系统调用持续和等待，中断持续（对用户透明），异常结束意外程序。

3. 进程、线程的概念以及区别？进程间的通信方式？★★★★★★

进程：进程是具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。目的是为了刻画程序的并发性、解决资源的共享性。

进程的属性：
1、动态性：进程是程序在数据集合上的一次执行过程，是动态的。
2、共享性：同一个程序运行在不同的数据集合上构成不同的进程。
3、独立性：每个进程是操作系统中的一个独立实体。
4、制约性：进程因共享资源或协同工作产生相互制约关系。
5、并发性：单处理器下并发执行，多处理器下课并行执行。

线程：进程中能够并发执行的实体，是进程的组成部分，也是处理器调度和分派的基本单位。

实现程序并发执行要实现独立分配资源和被调度分派执行。前者仍由进程完成，无需频繁切换；后者交由线程进行，线程作为调度和分派的基本单位。

多线程的引入提升并发程度、减少管理开销（进程需要特定的运行环境，切换进程需要切换环境，但线程不需要）、线程通信不必经过内核易于实现、且能实现快速切换。

我的理解：一个进程可以包含多个线程，线程是进程的组成部分。进程可能是在某一个数据集合上进行系列任务的实体，线程是在归属进程数据集合上进行某一项任务的执行实体。比如：12306是一个进程，其中有买票、退票两个线程，可以根据需要执行不同的线程。

区别：

进程是系统资源分配最小的单位。
线程是程序执行最小的单位

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进程有自己独立地址空间，每启动一个进程，系统都会为它分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈和数据块，这种操作非常昂贵。
线程是共享进程中的数据的，使用相同的地址空间，因此cpu切换到一个线程花费远比进程要小很多，同时创建一个线程的开销也比进程要小很多。

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进程间的通讯较为复杂，使用：无名管道、有名管道、信号、共享内存、消息队列、信号量
线程间的通讯十分方便，因为使用的是共享全局变量、静态变量等数据，使用互斥量、读写锁、自旋锁、线程信号、条件变量

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多进程运行时，单一进程死亡，并不会影响其他进程； 多线程运行时，单一线程死亡，会导致整个进程死亡。

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进程之间不能对其他进程施加控制； 线程之间可以互相控制。 ————————————————
原文链接：https://blog.csdn.net/qilimi1053620912/article/details/103169821

进程通信：
并发进程之间通信需要满足同步和通信，具体的通信方式包括：信号通信机制、管道通信机制、消息传递通信机制、信号量通信机制、共享内存通信机制。

信号通信机制：发送指定的短消息通知进程某个异步事件发生，迫使执行信号处理程序，完毕后，由中断进程恢复执行。信号有个产生、传送、捕获、释放的过程。
管道通信机制：管道是单向的，进程使用管道写入或读取数据时，另一个进程必须等待。发送者和接收者双方必须知道对方是否存在，且保持正确的同步关系，而且是连接有共同祖先的进程。
共享内存通信机制：一个进程创建一个内存区作为共享区，其它进程将这块儿内存区映射到自己的虚存空间。
消息传递通信机制：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。异步通过共享数据结构信箱实现。
信号量通信机制：信号量是表示物理资源的实体，是一个与队列有关的整形变量。按取值分为：二值信号量（0/1）解决互斥问题和一般信号量（允许取大于1的整数）解决进程同步问题。

进程互斥：指若干进程因相互争夺独占型资源而产生的制约关系。
进程同步：指为完成共同任务的并发进程基于某个条件来协调其活动，因需要在某些位置上排定执行的先后次序而等待、传递信号或消息所产生的制约关系。
临界区：并发进程中与共享变量有关的程序段。
临界资源：一次仅能供一个进程使用的资源。

4. 进程有哪几种状态，状态之间的转换、进程调度策略？★★★★

三态模型：
运行态、就绪态、等待态。

五态模型：
运行态、就绪态、等待态、新建态、终止态。

七态模型：
运行态、就绪态、等待态、新建态、终止态、挂起就绪态、挂起等待态。

进程映像：
（1）进程控制块：PCB是进程存在的唯一标志。包含标识信息（唯一标识进程）、现场信息（进程运行时存放在处理器现场的信息）、控制信息（管理和调度进程）。
（2）进程程序块
（3）进程核心栈
（4）进程数据块

进程物理实体和支持进程运行的环境合称为进程上下文。 进程的切换仅能发生在内核态，中断和异常是激活操作系统仅有的方法。内核正在处理中断、进程在内核临界区、内核处于需要屏蔽的中断原子操作过程中。

处理器调度可以根据层次分为：低级、中级、高级。
高级调度：作业调度、长程调度。按照预定的策略挑选作业进入内存，也就是面向作业从外存调入内存的过程。

中级调度：平衡调度、中程调度。面向进程，决定挂起进程是否调入内存。

低级调度：进程调度、线程调度、短程调度。决定进程是否调入处理器。是执行最频繁的调度。

调度算法（大多作业、进程、线程均适用）：
（1）先来先服务FCFS：按照作业进入后备队列的先后次序挑选作业。短作业的周转时间和带权周转时间很长。
（2）最短作业优先SJF：总是选取队列中当前最短的作业投入运行。时间长的作业等待时间过长且需要知道作业运行时间。
（3）最短剩余时间优先SRTF：相当于是抢占式最短作业有限。
（4）最高响应比HRRF：介于（1）（2）之间非剥夺式算法，相应比=1+作业等待时间/作业处理时间。
（5）优先级调度算法：指定或者计算优先级，可以是剥夺也可以非剥夺。
（6）轮转调度RR：时间片调度，规定一定的时间间隔，时间片耗尽且任务未结束就结束排到就绪队列末尾，等下一轮。时间片的大小取值太小，切换频繁开销过大，取值太大退化为FCFS。
（7）多级反馈队列MLFQ：建立多个就绪队列，每个队列对应一个优先级，高优先级队列分配短时间片，低优先级分配较长时间片；本优先级时间片执行完，移入下一个优先级末尾，若被抢占移入上一个优先级，直至移入最低优先级。会造成长时间作业饥饿。

5. 读写者问题是用进程实现的还是线程实现的？文件系统中文件是如何组织的？

读写者是由线程，读者和写者实现的。

//读优先
int readcount=0;
semaphore writeblock,mutex;
writeblock=1;mutex=1;
cobegin
	process read_i(){
		P(mutex);
		readcount++;
		if(readcount==1)
			P(writeblock);
		V(mutex);//这个地方解开之后可能会有读叠加
		/*读文件*/
		P(mutex);
		readcount--;
		if(readcount==0)//保证所有读进程完毕才可以释放写锁
			V(writeblock);
		V(mutex);
	}

	process wirte_i(){
		P(writeblock);
		/*写文件*/
		V(writeblock);
	}
coend

文件不会。

6. 什么是死锁？死锁产生的四个必要条件？如何预防死锁？★★★★★★

死锁：如果一个进程集合中的每个进程都在等待只能由此集合中其他进程才能引发的时间，而无限期陷入僵持的局面称为死锁。

解决死锁：死锁防止、死锁避免、死锁检测和恢复。

产生死锁的必要条件：
（1）互斥条件
（2）占有和等待条件
（3）不剥夺条件
（4）循环等待条件

预防死锁：
1、破坏互斥：使资源可同时访问而非互斥；
2、破坏占有和等待：可以尝试静态分配；
3、破坏不剥夺：已占有资源的进程若要申请新的资源，必须先释放，但会造成重复释放；分配新资源时有则分配，无则等待。但总体实现复杂；
4、破坏循环等待：将系统中资源分配到不同层次。按层次申请和释放。

7. 哲学家进餐有哪些实现方式？★★★★

1、最多让四个人拿；
2、奇数先左后右，偶数先右后左；
3、使用mutex变量控制。

8. 简述下银行家算法★★★★

1、如果request <= need，则2；否则需求过大，报错；
2、如果request <= available，则3；否则超过此时可分配资源，等待；
3、进行试探分配和安全性测试：

看这个图，Available的值大于P1、P3的need，则可以分配给任一个进程使其正常工作，以P1为例，此时将P1加入有序序列中{P1}，执行完后释放所有资源，即把已经分配的资源划归到Available中，生成下表：

此时，Available满足P3、P4，选取P3加入序列{P1、P3}，重复上述过程：

此时，P0、P2、P4的Need均可以满足，则按序加入序列即可。
故此时存在安全序列：{P1、P3、P0、P2、P4}（也有其它排列。）若安全序列中元素个数小于需要分配的进程且无法继续分配，则不安全。（也就是说至少有一个进程，无论如何无法被满足。）

9. 介绍下几种常见的进程调度算法及其流程（FCFS，SJF，剩余短作业优先，优先级调度，轮转法，多级反馈队列等等）★★★★★★

见4。

10. 分页的作用，好处？和分段有什么区别？★★★

11. 内存分配有哪些机制？（JVM的内存管理及垃圾回收算法）★★★

12. 什么是虚拟内存？什么是共享内存？★★★

13. 有哪些页面置换算法？★★★★

14. 说一说操作系统中缓冲区溢出怎么处理★★★

15. 磁盘调度算法以及磁盘空间存储管理？★★★★

16. 文件系统中文件是如何组织的？★★