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操作系統(tǒng)面試題準(zhǔn)備
就只準(zhǔn)備了進(jìn)程線程之類的，再深了一時(shí)半會(huì)也搞不定了。
1.進(jìn)程
現(xiàn)在操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：保證安全前提下，程序并發(fā)執(zhí)行，以及系統(tǒng)所擁有的資源被共享和用戶隨機(jī)使用系統(tǒng)。
進(jìn)程是一個(gè)程序?qū)δ硞�(gè)數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。
進(jìn)程的靜態(tài)描述有：進(jìn)程由三部分組成：程序，數(shù)據(jù)集合和進(jìn)程控制塊(pCB)。
程序表示要完成的功能，數(shù)據(jù)集合表示程序運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)部分和工作區(qū)。這二者是進(jìn)程的物質(zhì)基礎(chǔ)。
如果一個(gè)程序是多進(jìn)程同時(shí)共享執(zhí)行，則為不可修改的部分，表現(xiàn)為純碼的形式，數(shù)據(jù)集合為為一個(gè)進(jìn)程獨(dú)用，為可以修改部分。
pCB進(jìn)程控制塊，表示了進(jìn)程的描述信息、控制信息和資源信息，是進(jìn)程動(dòng)態(tài)特性的集中反應(yīng)。是系統(tǒng)感知進(jìn)程的唯一實(shí)體，一個(gè)進(jìn)程的pCB全部或者部分常駐內(nèi)存。
pCB包含的控制信息中有進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)。
進(jìn)程的的狀態(tài)只有五種狀態(tài)：初始態(tài)，就緒態(tài)，執(zhí)行態(tài)，等待狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)。
運(yùn)行：進(jìn)程已經(jīng)分配到處理機(jī)，程序正由處理機(jī)執(zhí)行。
等待：進(jìn)程因?yàn)榈却骋皇录鴷簳r(shí)不能運(yùn)行的狀態(tài)。
就緒：進(jìn)程已具備執(zhí)行條件，但是因?yàn)樘幚頇C(jī)已由其他進(jìn)程占用，所以暫時(shí)不能執(zhí)行而等待分配處理機(jī)。
互斥和同步
互斥：一組并發(fā)進(jìn)程中的一個(gè)或者多個(gè)程序段，因共享某一公有資源而導(dǎo)致它們必須以一個(gè)不允許交叉執(zhí)行的單位執(zhí)行。不允許兩個(gè)及以上的共享該資源的并發(fā)進(jìn)程同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)。
臨界區(qū)：不允許多個(gè)并發(fā)進(jìn)程交叉執(zhí)行的一段程序稱為臨界區(qū)。
1、臨界區(qū)的鎖操作方法：給每個(gè)臨界區(qū)設(shè)置一把鎖，有兩個(gè)狀態(tài)，打開或者關(guān)閉。步驟如下：關(guān)鎖操作，如果鎖開著就關(guān)閉，如果鎖關(guān)閉則等待打開;執(zhí)行臨界區(qū)程序;開鎖操作，將鎖打開，退出臨界區(qū)。某個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)會(huì)檢測鎖是否打開，如果關(guān)閉則等待打開。
上鎖實(shí)現(xiàn)互斥，缺點(diǎn)：影響系統(tǒng)可靠性和效率，比如多并發(fā)，每個(gè)進(jìn)程都要測試臨界區(qū)鎖狀態(tài)，開銷很大。存在cpu浪費(fèi)和不公平現(xiàn)象。
2、“信號量”
信號量，sem為與臨界區(qū)內(nèi)所使用的公用資源有關(guān)的信號量。
p表示sem-1，V則sem+1，多進(jìn)程并發(fā)時(shí)，和上鎖不一樣，如果無法使用臨界區(qū)，不是再次檢測，而是進(jìn)入等待隊(duì)列。sem>=0,表示可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數(shù);sem<0,等待使用臨界區(qū)的進(jìn)程數(shù)。
p:(1)sem=sem-1(2)sem>=0,p返回，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行(3)sem<0，進(jìn)程被阻塞后與該信號相對應(yīng)的隊(duì)列中。
V：(1)sem=sem+1(2)sem>0，V停止執(zhí)行，進(jìn)程返回調(diào)用處，繼續(xù)執(zhí)行(3)sem<=0,從該信號的隊(duì)列中喚醒一等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。
pV操作對于每一個(gè)進(jìn)程來說，都只能進(jìn)行一次，而且必須成對使用。在pV原語執(zhí)行期間不允許有中斷的發(fā)生。
pV實(shí)現(xiàn)互斥：(1)sem初始值為1(2)進(jìn)程p1進(jìn)入臨界區(qū)，執(zhí)行p操作，sem=0，進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行(3)進(jìn)程p2進(jìn)入臨界區(qū)，執(zhí)行p操作，sem=-1，p2被阻塞，進(jìn)入信號對應(yīng)等待隊(duì)列(4)p1執(zhí)行V操縱，sem=0，喚醒p2進(jìn)入就緒隊(duì)列，進(jìn)行調(diào)度，進(jìn)入臨界區(qū)(5)p2執(zhí)行V操作，sem=1，恢復(fù)初始狀態(tài)。
同步：把異步環(huán)境下的一組并發(fā)進(jìn)程，因直接制約而互相發(fā)送消息而進(jìn)行互相合作、互相等待，使得各進(jìn)程按一定的速度執(zhí)行的過程稱為進(jìn)程間的同步。
3.進(jìn)程，線程，作業(yè)，程序。
作業(yè)：是用戶需要計(jì)算機(jī)完成的某項(xiàng)任務(wù)，而要求計(jì)算機(jī)所作工作的集合。
進(jìn)程：是一個(gè)程序?qū)δ硞�(gè)數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。
程序：描述計(jì)算機(jī)所要完成的獨(dú)立功能，并在時(shí)間上嚴(yán)格得按照前后次序相機(jī)地進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作序列集合，是一個(gè)靜態(tài)的概念。
線程：是在進(jìn)程內(nèi)調(diào)度和占有處理機(jī)的基本單位。由于線程比進(jìn)程更小，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對它的調(diào)度所付出的開銷就會(huì)小得多，能更高效的提高系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。
進(jìn)程和程序：
進(jìn)程是程序的一次運(yùn)行活動(dòng)，是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)指令;
一個(gè)進(jìn)程可以執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)程序，同一程序也可由多個(gè)進(jìn)程執(zhí)行;
程序作為資源長期保留，進(jìn)程則是執(zhí)行過程，是暫時(shí)的。
進(jìn)程和線程：
進(jìn)程是資源管理的基本單位;線程是處理機(jī)調(diào)度的基本單位。
以進(jìn)程為單位進(jìn)行處理機(jī)切換和調(diào)度，切換時(shí)間長，資源利用率低;線程為單位，不發(fā)生資源變化，切換實(shí)踐短，效率高。
進(jìn)程和作業(yè)：
4.哲學(xué)家就餐：
有五個(gè)哲學(xué)家圍坐在一圓桌旁，桌中央有一盤通心粉，每人面前有一只空盤子，每兩人之間放一只筷子每個(gè)哲學(xué)家的行為是思考，感到饑餓，然后吃通心粉.為了吃通心粉，每個(gè)哲學(xué)家必須拿到兩只筷子，并且每個(gè)人只能直接從自己的左邊或右邊去取筷子，任一哲學(xué)家在自己未拿到兩支筷子吃飯前，絕不放下手中的筷子。
(1)保證不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)鄰座同時(shí)要求吃飯
思路：鄰座使用筷子時(shí)的進(jìn)程互斥，使用信號量。設(shè)定五個(gè)信號量，初始為1，表示對應(yīng)編號的筷子，有人使用，信號量執(zhí)行p操作，鄰座需要使用筷子時(shí)，對兩側(cè)的筷子均執(zhí)行p操作，進(jìn)入等待隊(duì)列。吃完后，執(zhí)行V操作，鄰座進(jìn)入就緒狀態(tài)，可以開始就餐。
會(huì)出現(xiàn)問題，就是每人都拿一個(gè)筷子，誰也吃不上的死鎖。
(2)既沒有兩鄰座同時(shí)吃飯又沒人餓死
思路：奇數(shù)號的哲學(xué)家先取右手的筷子，偶數(shù)號的先取左手的。然后還是使用信號量實(shí)現(xiàn)互斥。
5.死鎖
若干進(jìn)程競爭使用資源，如果每個(gè)進(jìn)程都占有了一定資源，又申請使用已被另一進(jìn)程占用且不能搶占的資源，則所有的進(jìn)程將紛紛進(jìn)入等待狀態(tài)，不能繼續(xù)運(yùn)行。這種情況叫做死鎖。
產(chǎn)生死鎖的原因主要是：(1) 因?yàn)橄到y(tǒng)資源不足。(2) 進(jìn)程運(yùn)行推進(jìn)的順序不合適。(3)資源分配不當(dāng)?shù)�。根本原因在于系統(tǒng)提供的資源數(shù)小于并發(fā)進(jìn)程所要求的該類資源數(shù)。
產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件：(1) 互斥條件：一個(gè)資源每次只能被一個(gè)進(jìn)程使用。(2)部分分配：進(jìn)程每次申請它所需要的一部分資源，在等待新資源的同時(shí)，繼續(xù)占用已分配到的資源。(3)不剝奪條件:進(jìn)程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強(qiáng)行剝奪。(4)環(huán)路條件:存在進(jìn)程循環(huán)鏈，鏈中每個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被下一個(gè)進(jìn)程所請求。
解決死鎖：
預(yù)防：采用策略，是的四個(gè)必要條件在系統(tǒng)執(zhí)行的任何時(shí)間均不滿足。
避免：動(dòng)態(tài)分配資源，避免死鎖。
恢復(fù)：檢測死鎖的位置和原因，通過外力破壞死鎖發(fā)生的必要條件。
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