參考：

1. 《程序員面試筆試寶典》（何昊、葉向陽）

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進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。線程是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體，是cpu調(diào)度和分配的基本單位。線程基本不擁有系統(tǒng)資源，只擁有必須的，但是同屬于一個(gè)進(jìn)程的其他線程可以共享進(jìn)程所擁有的全部資源。

引入線程的4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）易于調(diào)度2）提高并發(fā)性3）開銷小4）充分發(fā)揮多處理器的功能（每個(gè)線程都在一個(gè)處理器上運(yùn)行，有助于并行）

線程與進(jìn)程的區(qū)別？

1）一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，并且至少有1個(gè)

2）屬于一個(gè)進(jìn)程的所有線程共享進(jìn)程的所有資源，不同進(jìn)程相互獨(dú)立

3）線程又稱為輕量級進(jìn)程，線程之前切換代價(jià)小，進(jìn)程之間切換代價(jià)大

4）進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，線程可以理解為程序中一段程序片段的執(zhí)行

5）每個(gè)進(jìn)程有獨(dú)立的內(nèi)存空間，而線程共享其所屬進(jìn)程的內(nèi)存空間

線程同步機(jī)制？

1）臨界區(qū)：通過對多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)訪問

2）互斥量：只有擁有互斥對象的線程才有權(quán)限去訪問系統(tǒng)的公共資源。因?yàn)榛コ鈱ο笾挥幸粋€(gè)，所以能保證資源不會被多個(gè)線程訪問

3）信號量：它允許多個(gè)線程在同一個(gè)時(shí)刻去訪問同一個(gè)資源，但是會限制同一時(shí)刻訪問該資源的最大線程數(shù)目

4）事件：用來通知線程有一些事件已經(jīng)發(fā)生，從而啟動后繼任務(wù)

內(nèi)核線程：操作系統(tǒng)內(nèi)核可感知的線程

用戶線程：是在用戶程序中實(shí)現(xiàn)的線程。unix系統(tǒng)

用戶線程的優(yōu)點(diǎn)：（內(nèi)核線程的優(yōu)缺點(diǎn)與之相反、os可以使用混合方式實(shí)現(xiàn)線程）

1）可以在不支持線程的os中實(shí)現(xiàn)

2）創(chuàng)建和銷毀線程、線程切換等線程管理的代價(jià)小

3）允許每個(gè)進(jìn)程定制自己的調(diào)度算法，線程管理很靈活

4）線程能利用的表空間和堆?？臻g比內(nèi)核線程多

缺點(diǎn)：

1）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)程都會被掛起

2）頁面失效也會產(chǎn)生類似的問題

內(nèi)存管理的方式：

1）塊式管理：把主存分成一大塊一大塊的，當(dāng)所需的程序片段不在主存時(shí)就分配一塊主存空間，將程序片段load入。這樣易于管理但是浪費(fèi)空間

2）頁式管理：把主存分成一頁一頁（比塊式小），提高空間利用率

3）段式管理：把主存分段（比頁小），這樣提高空間利用率但是一個(gè)程序片段可能會分成幾十段，導(dǎo)致計(jì)算每段的物理地址時(shí)浪費(fèi)時(shí)間

4）段頁式管理：先把主存分成若干段，每段再分頁。段頁式管理沒取一次數(shù)據(jù)，要訪問3次內(nèi)存

分段和分頁的區(qū)別：

1）頁是信息的物理單位，分頁是出于管理系統(tǒng)的需要；段是信息的邏輯單位，它含有一組意義相對完整的信息，分段是出于用戶需要。

2）頁的大小固定且由系統(tǒng)確定，將邏輯地址分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的。段的長度不固定，取決于用戶編寫的程序，通常由編譯程序在對源程序進(jìn)行編譯時(shí)，根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。

3）分頁的作業(yè)地址空間是單一的線性空間，分段的作業(yè)地址空間是二維的，需要給出段名+段內(nèi)地址

虛擬內(nèi)存：它使得應(yīng)用程序認(rèn)為它擁有一個(gè)連續(xù)完整的地址空間，允許程序員編寫并運(yùn)行比實(shí)際系統(tǒng)擁有的內(nèi)存大得多的程序。實(shí)際上，它通常被分割成多個(gè)物理內(nèi)存碎片，還有部分暫時(shí)存儲在外部磁盤上，在需要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

虛擬內(nèi)存比實(shí)存的好處：

1）擴(kuò)大地址空間：尋址空間比實(shí)際大

2）內(nèi)存保護(hù)：每個(gè)進(jìn)程運(yùn)行在各自的虛擬內(nèi)存地址空間，互不干擾。虛存還對特定的內(nèi)存地址提供寫保護(hù)，防止代碼或數(shù)據(jù)被惡意篡改

3）公平分配內(nèi)存：每個(gè)進(jìn)程相當(dāng)于有同樣大小的虛存空間

4）當(dāng)進(jìn)程需要通信時(shí)，可采用虛存共享的方式實(shí)現(xiàn)

壞處：

1）虛存管理需要建立很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要占用額外的內(nèi)存

2）虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，增加了指令的執(zhí)行時(shí)間

3）頁面的換入換出需要磁盤IO，耗時(shí)

4）如果一頁中只有一部分?jǐn)?shù)據(jù)，會浪費(fèi)內(nèi)存

內(nèi)存碎片：是由多次進(jìn)行內(nèi)存分配造成的。很多空白段因?yàn)樘?#xff0c;不能滿足用戶需求而被放棄，這些小的空白段就是碎片

內(nèi)碎片：是處于區(qū)域內(nèi)部或頁面內(nèi)部的存儲塊，占用這些區(qū)域的進(jìn)程不使用這個(gè)存儲塊，系統(tǒng)頁因?yàn)檫M(jìn)程在占有，無法使用，需要等到進(jìn)程釋放或結(jié)束。

外碎片：一些不屬于任何進(jìn)程的、因?yàn)樘∏业刂凡贿B續(xù)導(dǎo)致系統(tǒng)無法分配給其他進(jìn)程的空閑存儲塊。一般處于已分配區(qū)域或頁面外部

一種特定的內(nèi)存分配算法，很難同時(shí)解決內(nèi)碎片和外碎片問題，只能根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行取舍。

虛擬地址：是指由程序產(chǎn)生的、由段選擇符和段內(nèi)偏移地址組成的地址。不能直接訪問物理內(nèi)存，需要通過分段地址的變換處理才行

物理地址：是指現(xiàn)在CPU外部地址總線上的尋址物理內(nèi)存的地址信號，是地址變換的最終結(jié)果

邏輯地址：是由程序產(chǎn)生的段內(nèi)偏移地址。有時(shí)候直接把邏輯地址當(dāng)成虛擬地址

線性地址：是指虛擬地址到物理地址變換之間的中間層，是處理器可尋址的內(nèi)存空間（即線性地址空間）中的地址。如果啟用了分頁機(jī)制，線性地址再變換就產(chǎn)生物理地址，否則線性地址就是物理地址。

不同的邏輯地址可以映射到同一個(gè)線性地址上，不同的線性地址頁可以映射到同一個(gè)物理地址上。

cache的替換算法：

1）隨機(jī)算法RAND：隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)要替換的塊號，替換出去。優(yōu)點(diǎn)：簡單、容易實(shí)現(xiàn)、沒有使用”歷史經(jīng)驗(yàn)“，因此不能提高cache命中率（正好讀到有用的信息=命中）

2）先進(jìn)先出FIFO：將最早進(jìn)入Cache的子塊替換。優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)開銷小；缺點(diǎn)：可以替換掉早來但常用的程序塊，頁不能提高命中率

3）最近最久未使用算法LRU：least recently used，字面意思，但也不能保證過去不常用的未來也不常用，而且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，開銷大。常用的方法有：計(jì)數(shù)器法、寄存器棧法、硬件邏輯比較對法

4）最優(yōu)替換算法OPT：OPTimal replacement。要實(shí)現(xiàn)的話是先讓程序跑一遍，記錄下實(shí)際的頁地址流情況，根據(jù)這個(gè)找出它需要替換的頁面。但這是理想型算法，可以作為評估標(biāo)準(zhǔn)，哪個(gè)的命中率與其相近就是好的

5）最近最少使用LFU：least frequently used 選擇近期最少最少訪問的頁面作為被替換的頁面。需要為每個(gè)頁面設(shè)置一個(gè)很長的計(jì)數(shù)器，并且選擇一個(gè)固定的時(shí)鐘為每個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在選擇時(shí)，要從所有計(jì)數(shù)器中找到計(jì)數(shù)值最大的計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜

庫函數(shù)調(diào)用是語言或者應(yīng)用程序的一部分，運(yùn)行在用戶空間（如c庫的system malloc）。系統(tǒng)調(diào)用是os的一部分，是在內(nèi)核空間執(zhí)行的，因此調(diào)用時(shí)需要把上下文環(huán)境切換到內(nèi)核模式（如chdir write）。

靜態(tài)鏈接是把要調(diào)用的函數(shù)直接鏈接到可執(zhí)行文件中，所以一個(gè)exe文件會包含所需的所有代碼。而動態(tài)鏈接沒有拷貝所需代碼，只寫了所調(diào)用函數(shù)的描述信息，只有當(dāng)應(yīng)用程序被裝入內(nèi)存開始運(yùn)行時(shí)，才會在應(yīng)用程序和動態(tài)鏈接庫（dll, dynamic link library）之間建立鏈接，os才能去執(zhí)行dll中對應(yīng)的代碼。所以前者的exe可以拷貝到別的機(jī)子運(yùn)行，后者未必可以，因?yàn)橐ＷCdll存在+版本正確。

靜態(tài)鏈接庫：.lib （不能包含其他dll或lib）

動態(tài)鏈接庫：.dll（能包含其他dll或lib）

核心態(tài)與用戶態(tài)：當(dāng)CPU處于核心態(tài)時(shí)，可以隨時(shí)進(jìn)入用戶態(tài)；當(dāng)CPU處于用戶態(tài)時(shí)，只有系統(tǒng)調(diào)用和中斷時(shí)才能切換到核心態(tài)。一般程序一開始都是運(yùn)行于用戶態(tài)，當(dāng)程序需要使用系統(tǒng)資源時(shí)，就通過調(diào)用軟中斷進(jìn)入核心態(tài)。

運(yùn)行在核心態(tài)的程序可以訪問的資源多，但是可靠性、安全性要求高，管理和維護(hù)比較復(fù)雜；用戶態(tài)程序訪問的資源有限，但是要求低，維護(hù)簡單。

核心態(tài)實(shí)現(xiàn)的功能：CPU管理和內(nèi)存管理、診斷和測試程序、輸入輸出管理、文件系統(tǒng)本身的管理。但用戶數(shù)據(jù)的管理、編譯器、網(wǎng)絡(luò)管理的部分功能等都可以放在用戶態(tài)。

內(nèi)核在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，會為進(jìn)程創(chuàng)建相應(yīng)的堆棧。每個(gè)進(jìn)程都有一個(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)容都是用戶堆棧的地址；否則是內(nèi)核?？臻g地址。當(dāng)進(jìn)程陷入內(nèi)核態(tài)時(shí)，進(jìn)程所用的堆棧要從用戶棧轉(zhuǎn)到內(nèi)核棧。此時(shí)先把用戶態(tài)堆棧的地址保存在內(nèi)核棧中（此時(shí)內(nèi)核?？偸强盏?#xff09;，然后將寄存器內(nèi)容改為內(nèi)核棧的地址?；謴?fù)到用戶態(tài)時(shí)，直接恢復(fù)之前保存的用戶棧地址。