_写在前面的话：本文重要涉及计算机操作系统的面试题，收集了网上各种常见面试题，加以整理，本人操作系统学习的不太扎实，如有写的不妥的欢迎指正，
主要针对计算机复试，希望复试过过过。

参考《计算机操作系统》，本科教材
王道《操作系统》视频

文章目录

一、进程与线程的关系以及区别
- 1、进程的常见状态？以及各种状态之间的转换条件？
二、进程的调度算法有哪些？
- 1.非抢占式调度与抢占式调度
三、什么是死锁？产生条件？如何避免死锁？
四、进程间通信有哪些方式？它们的区别？
五、线程间的通信机制
六、线程间通信的方式
七、分段和分页的区别？
八、Windows下的内存是如何管理的
九、同步与异步
十、页面置换算法有哪些？
十一、Linux中常用到的命令
十二、进程同步与互斥的区别
十三、磁盘调度

一、进程与线程的关系以及区别

1.定义：
　　进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.
　　线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.
　　
２.关系：
　　一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.
　　相对进程而言，线程是一个更加接近于执行体的概念，它可以与同进程中的其他线程共享数据，但拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列。
　　
3. 区别：
1.粒度性分析：线程粒度小于进程
2.调度性分析：
3.系统开销分析：

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。

进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，

而线程只是一个进程中的不同执行路径。

线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，

但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

总结

简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

优缺点：
线程开销小，但不利于资源的管理和保护；进程与之相反。

1、进程的常见状态？以及各种状态之间的转换条件？

就绪：进程已处于准备好运行的状态，即进程已分配到除CPU外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。

执行：进程已经获得CPU，程序正在执行状态。

阻塞：正在执行的进程由于发生某事件（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时无法继续执行的状态

二、进程的调度算法有哪些？

1.先来先服务（FCFS）:此算法的原则是按照作业到达后备作业队列（或进程进入就绪队列）的先后次序选择作业（或进程）

2.短作业优先（SJF:Shortest Process First）：这种算法主要用于作业调度，它从作业后备序列中挑选所需运行时间最短的作业进入主存运行。

3.时间片轮转调度算法：当某个进程执行的时间片用完时，调度程序便终止该进程的执行，并将它送到就绪队列的末尾，等待分配下一时间片再执行。然后把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证队列中的所有进程，在已给定的时间内，均能获得一时间片处理机执行时间。

4.高响应比优先：按照高响应比（已等待时间+要求运行时间）/要求运行时间优先的原则，在每次选择作业投入运行时，先计算此时后备作业队列中每个作业的响应比RP。选择最大的作业投入运行。

5.优先权调度算法：按照进程的优先权大小来调度。使高优先权进程得到优先处理的调度策略称为优先权调度算法。注意：优先数越多，优先权越小。

6.多级队列调度算法：多队列调度是根据作业的性质和类型的不同，将就绪队列再分为若干个队列，所有的作业（进程）按其性质排入相应的队列中，而不同的就绪队列采用不同的调度算法。

1.非抢占式调度与抢占式调度

非抢占式：分派程序一旦把处理机分配给某进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生进程调度进程调度某事件而阻塞时，才把处理机分配给另一个进程

抢占式：操作系统将正在运行的进程强行暂停，由调度程序将CPU分配给其他就绪进程的调度方式

三、什么是死锁？产生条件？如何避免死锁？

死锁的概念：在2个或多个并发进程中，如果每个进程持有某有资源而又都等待别的进程释放它或他们现在保持的资源，在未改变这种状态之前都不能向前推进，称这一组进程产生了死锁。

通俗地讲，就是2个或多个进程被无限期地阻塞、相互等待的一种状态。

死锁产生的原因：系统**资源不足，**进程推进顺序非法

产生死锁的必要条件：

1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
　　
2.不可剥夺条件：进程已获得资源，在未使用完之前，不能被其他进程强行剥夺，只能主动释放
　　
3.请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
　　
4.循环等待条件：即进程集合{p0,p1,p2,p3……pn};p0正在等待p1占用的资源，p1正在等待p2占用的资源，pn正在等待p0占用的资源。
　　
只要上述一个条件不成立，就不会发生死锁。

死锁的解除和预防：理解了死锁的原因，以及产生死锁的四个必要条件，就可以最大可能地避免和预防和解锁死锁。所以在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占据系统资源。对资源的分配要给予合理规划

死锁的处理策略：鸵鸟策略、预防策略、避免策略、检测与解除死锁

四、进程间通信有哪些方式？它们的区别？

IPC方式：7种

1.管道（pipe）：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在有血缘关系的进程间使用，进程的血缘关系通常是指父子进程关系。

2.命名管道（named pipe）：也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系关系进程间通信。

3.信号（signal）：是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某一事件已经发生。

4.信号量（semophere）：信号量是一个计数器，可用来控制多个进程对共享资源的访问。它通常作为一种锁机制，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。

5.消息队列（message queue）:消息队列是由消息组成的链表，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消息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

6.共享内存（shared memory）: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的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，如信号量等配合使用，来实现进程间的同步和通信。

7.套接字（socket）：套接口也是进程间的通信机制，与其他通信机制不同的是它可用于不同及其间的进程通信。

几种方式的比较：

管道：速度慢、容量有限

消息队列：容量收到系统限制，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，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全。

五、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。对条件的测试是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
线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

六、线程间通信的方式

1、临界区：

通过多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问；

2、互斥量 Synchronized/Lock：

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。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问

3、信号量 Semphare：

为控制具有有限数量的用户资源而设计的，它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。

4、事件(信号)，Wait/Notify：

通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作

七、分段和分页的区别？

页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以减少内存的外零头，提高内存的利用率。分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。

段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。
　　
　　页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址分为页号和页内地址两部分，由机器硬件实现的。因此一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编写程序在对源代码进行编辑时，根据信息的性质来划分。
　　
　　分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性空间。
　　分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需要给出段名，又需要给出段内地址。

八、Windows下的内存是如何管理的

3种：

1.虚拟内存：
最适合用来管理大型对象或者结构数组

2.内存映射文件：
最适合用来管理大型数据流（通常来自文件）以及在单个计算机上运行多个进程之间共享数据

3.内存堆栈：
最适合用来管理大量的小对象

九、同步与异步

同步：
同步的定义：是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么，这个进程将会一直等待下去，直到收到返回信息才继续执行下去。
特点：
同步是阻塞模式；
同步是按顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待，协调运行；

异步：
是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作，不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率。
特点：
异步是非阻塞模式，无需等待；
异步是彼此独立，在等待某事件的过程中，继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程是异步实现的一个方式。

同步与异步的优缺点：
同步可以避免出现死锁，读脏数据的发生。
一般共享某一资源的时候，如果每个人都有修改权限，同时修改一个文件，有可能使一个读取另一个人已经删除了内容，就会出错，同步就不会出错。

但，同步需要等待资源访问结束，浪费时间，效率低。
异步可以提高效率，但，安全性较低。

十、页面置换算法有哪些？

（1）最佳置换算法（Optimal）：即选择那些永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面置换出去。（它是一种理想化的算法，性能最好，但在实际上难于实现）。

（2）先进先出置换算法FIFO：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。

（3）最近最久未使用置换算法LRU（Least Recently Used）：该算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰，系统在每个页面设置一个访问字段，用以记录这个页面自上次被访问以来所经历的时间T，当要淘汰一个页面时，选择T最大的页面。

（4）Clock置换算法：也叫最近未用算法NRU（Not RecentlyUsed）。该算法为每个页面设置一位访问位，将内存中的所有页面都通过链接指针链成一个循环队列。当某页被访问时，其访问位置“1”。在选择一页淘汰时，就检查其访问位，如果是“0”，就选择该页换出；若为“1”，则重新置为“0”，暂不换出该页，在循环队列中检查下一个页面，直到访问位为“0”的页面为止。由于该算法只有一位访问位，只能用它表示该页是否已经使用过，而置换时是将未使用过的页面换出去，所以把该算法称为最近未用算法。

（5）最少使用置换算法LFU：该算法选择最近时期使用最少的页面作为淘汰页。

十一、Linux中常用到的命令

显示文件目录命令ls

改变当前目录命令cd ，如cd / /home

建立子目录mkdir， mkdir xiong

删除子目录命令rmdir，如 rmdir ／mnt／cdrom

删除文件命令RM 如 rm ，／ucdos.bat

文件复制命令cp ，如 cp ／ucdos／＊／fox

获取帮助信息命令man，如 man ls

显示文件的内容less ，如 less mwm.lx

重定向与管道type，如type readme>>direct，将文件readme的内容追加到文direct中

十二、进程同步与互斥的区别

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。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。
简单地说：同步体现的是一种协作性，互斥体现的是一种排他性。

十三、磁盘调度

常见的磁盘调度算法有以下几种：

例: 假定某磁盘共有200个柱面，编号为 0-199，如果在为访问 143 号柱面的请求者服务后，当前正在为访问 125 号柱面的请求服务，同时有若干请求者在等待服务，它们每次要访问的柱面号为 86 ，147 ，91 ，177 ，94 ，150 ，102， 175 ，130

1.FIFO：先来先服务算法；

它根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。
此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。
此算法由于未对寻道进行优化，在对磁盘的访问请求比较多的情况下，此算法将降低设备服务的吞吐量，致使平均寻道时间可能较长，但各进程得到服务的响应时间的变化幅度较小

先来先服务（125）86.147.91.177.94.150.102.175.130

2.SSTF：最短寻道时间算法；

该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，该算法可以得到比较好的吞吐量，但却不能保证平均寻道时间最短。

其缺点是对用户的服务请求的响应机会不是均等的，因而导致响应时间的变化幅度很大。在服务请求很多的情况下，对内外边缘磁道的请求将会无限期的被延迟，有些请求的响应时间将不可预期。
最短寻道时间优先（125）130.147.150.175.177.102.94.91.86

3.SCAN：扫描算法电梯调度算法；(这样命名很形象)

扫描算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。

例如，当磁头正在自里向外移动时，扫描算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到再无更外的磁道需要访问才将磁臂换向，自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，即其要访问的磁道，在当前磁道之内，从而避免了饥饿现象的出现。

由于这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，故又称为电梯调度算法。此算法基本上克服了最短寻道时间优先算法的服务集中于中间磁道和响应时间变化比较大的缺点，而具有最短寻道时间优先算法的优点即吞吐量较大，平均响应时间较小，但由于是摆动式的扫描方法，两侧磁道被访问的频率仍低于中间磁道。
电梯调度（125）102.94.91.86.130.147.150.175.177

改进

4.CSCAN：循环扫描算法

循环扫描算法是对扫描算法的改进。
如果对磁道的访问请求是均匀分布的，当磁头到达磁盘的一端，并反向运动时落在磁头之后的访问请求相对较少。这是由于这些磁道刚被处理，而磁盘另一端的请求密度相当高，且这些访问请求等待的时间较长，
为了解决这种情况，循环扫描算法规定磁头单向移动。例如，只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。

循环扫描（125）130.147.150.175.177.86.91.94.102

改进

基本上写完了，有其他的再补充吧 2020.4.29

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