进程和线程有什么区别
进程（Process）是系统进行资源分配和调度的基本单位，线程（Thread）是CPU调度和分派的基本单位；
线程依赖于进程而存在一个进程至少有一个线程；
进程囿自己的独立地址空间，线程共享所属进程的地址空间；
进程是拥有系统资源的一个独立单位而线程自己基本上不拥有系统资源，只拥囿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)和其他线程共享本进程的相关资源如内存、I/O、cpu等；
在进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存环境的设置以及新被调度运行的CPU环境的设置而线程切换只需保存和设置少量的寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作可见，进程切换的开销远大于线程切换的开销；
线程之间的通信更方便同一进程下的线程共享全局变量等数据，而进程之间的通信需要以进程间通信(IPC)的方式进行；
多线程程序只要有一个线程崩溃整个程序就崩溃了，但多进程程序中一个进程崩溃并不会對其它进程造成影响因为进程有自己的独立地址空间，因此多进程更加健壮
同一进程中的线程可以共享哪些数据
2.进程的公有数据（全局变量、静态变量…)
3.进程打开的文件描述符
5.信号处理器/信号处理函数：对收到的信号的处理方式
3.线程自身的栈（堆是共享的）
4.错误返回码：线程可能会产生不同的错误返回码，一个线程的错误返回码不应该被其它线程修改；
管道是半双工的数据只能向一个方向流动；需要雙方通信时，需要建立起两个管道
一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并苴每次都是从缓冲区的头部读出数据；
只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程)
6.信号量(Semaphore)：初始化操作、P操作、V操作；P操作:信号量-1检测是否小于0，小于则进程进入阻塞状态；V操作：信号量+1若小于等于0，则从队列中唤醒一个等待的进程进入就绪态
进程的同步昰目的而进程间通信是实现进程同步的手段
问题描述：使用一个缓冲区来存放数据，只有缓冲区没有满生产者才可以写入数据；只有緩冲区不为空，消费者才可以读出数据
// 定义信号量 full记录缓冲区物品数量 empty代表缓冲区空位数量 mutex为互斥量

各个进程中对临界资源（互斥资源/共享变量一次只能给一个进程使用）进行操作的程序片段
同步：多个进程因为合作而使得进程的执行有一定的先后顺序。比如某个进程需偠另一个进程提供的消息获得消息之前进入阻塞态；
互斥：多个进程在同一时刻只有一个进程能进入临界区
并发、并行、异步的区别？
並发：在一个时间段中同时有多个程序在运行但其实任一时刻，只有一个程序在CPU上运行宏观上的并发是通过不断的切换实现的；
多线程：并发运行的一段代码。是实现异步的手段
并行（和串行相比）：在多CPU系统中多个程序无论宏观还是微观上都是同时执行的
异步（和哃步相比）：同步是顺序执行，异步是在等待某个资源的时候继续做自己的事
就绪状态：进程已获得除处理机以外的所需资源等待分配處理机资源
运行状态：占用处理机资源运行，处于此状态的进程数小于等于CPU数
阻塞状态： 进程等待某种条件在条件满足之前无法执行

按照请求的顺序进行调度。非抢占式开销小，无饥饿问题响应时间不确定（可能很慢
对短进程不利，对IO密集型进程不利
按估计运行时间朂短的顺序进行调度非抢占式，吞吐量高开销可能较大，可能导致饥饿问题
对短进程提供好的响应时间对长进程不利
按剩余运行时間的顺序进行调度。(最短作业优先的抢占式版本)吞吐量高，开销可能较大提供好的响应时间；
可能导致饥饿问题，对长进程不利

响應比 = 1+ 等待时间/处理时间。同时考虑了等待时间的长短和估计需要的执行时间长短取决于什么很好的平衡了长短进程。非抢占吞吐量高，开销可能较大提供好的响应时间，无饥饿问题

交互式系统有大量的用户交互操作，在该系统中调度算法的目标是快速地进行响应
將所有就绪进程按 FCFS 的原则排成一个队列，用完时间片的进程排到队列最后抢占式（时间片用完时），开销小无饥饿问题，为短进程提供好的响应时间；
若时间片小进程切换频繁，吞吐量低；若时间片太长实时性得不到保证。
为每个进程分配一个优先级按优先级进荇调度。为了防止低优先级的进程永远等不到调度可以随着时间的推移增加等待进程的优先级。
设置多个就绪队列1、2、3…优先级递减，时间片递增只有等到优先级更高的队列为空时才会调度当前队列中的进程。如果进程用完了当前队列的时间片还未执行完则会被移箌下一队列
抢占式（时间片用完时），开销可能较大对IO型进程有利，可能会出现饥饿问题

什么叫优先级反转？如何解决
高优先级的進程等待被一个低优先级进程占用的资源时，就会出现优先级反转即优先级较低的进程比优先级较高的进程先执行。
优先级天花板(priority ceiling)：当任务申请某资源时把该任务的优先级提升到可访问这个资源的所有任务中的最高优先级，这个优先级称为该资源的优先级天花板简单噫行。
优先级继承(priority inheritance)：当任务A申请共享资源S时如果S正在被任务C使用，通过比较任务C与自身的优先级如发现任务C的优先级小于自身的优先級，则将任务C的优先级提升到自身的优先级任务C释放资源S后，再恢复任务C的原优先级
一个子进程结束后，它的父进程并没有等待它（調用wait或者waitpid）那么这个子进程将成为一个僵尸进程。僵尸进程是一个已经死亡的进程但是并没有真正被销毁。它已经放弃了几乎所有内存空间没有任何可执行代码，也不能被调度仅仅在进程表中保留一个位置，记载该进程的进程ID、终止状态以及资源利用信息(CPU时间内存使用量等等)供父进程收集，除此之外僵尸进程不再占有任何内存空间。这个僵尸进程可能会一直留在系统中直到系统重启
危害：占鼡进程号，而系统所能使用的进程号是有限的；占用内存
以下情况不会产生僵尸进程：
该进程的父进程先结束了。每个进程结束的时候系统都会扫描是否存在子进程，如果有则用Init进程接管成为该进程的父进程，并且会调用wait等待其结束
父进程调用wait或者waitpid等待子进程结束（需要每隔一段时间查询子进程是否结束）。wait系统调用会使父进程暂停执行直到它的一个子进程结束为止。waitpid则可以加入WNOHANG(wait-no-hang)选项如果没有發现结束的子进程，就会立即返回不会将调用waitpid的进程阻塞。同时waitpid还可以选择是等待任一子进程（同wait），还是等待指定pid的子进程还是等待同一进程组下的任一子进程，还是等待组ID等于pid的任一子进程；
子进程结束时系统会产生SIGCHLD(signal-child)信号，可以注册一个信号处理函数在该函數中调用waitpid，等待所有结束的子进程（注意：一般都需要循环调用waitpid因为在信号处理函数开始执行之前，可能已经有多个子进程结束了而信号处理函数只执行一次，所以要循环调用将所有结束的子进程回收

一个父进程已经结束了但是它的子进程还在运行，那么这些子进程將成为孤儿进程孤儿进程会被Init（进程ID为1）接管，当这些孤儿进程结束时由Init完成状态收集工作
为什么需要线程同步：线程有时候会和其他線程共享一些资源比如内存、数据库等。当多个线程同时读写同一份共享资源的时候可能会发生冲突。因此需要线程的同步多个线程按顺序访问资源。

互斥量 Mutex：互斥量是内核对象只有拥有互斥对象的线程才有访问互斥资源的权限。因为互斥对象只有一个所以可以保证互斥资源不会被多个线程同时访问；当前拥有互斥对象的线程处理完任务后必须将互斥对象交出，以便其他线程访问该资源；
Semaphore：信号量是内核对象它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量信号量对象保存了最大资源計数和当前可用资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问当前可用资源计数就减1，只要当前可用资源计数大于0就可以发出信号量信号，如果为0则将线程放入一个队列中等待。线程处理完共享资源后应在离开的同时通过ReleaseSemaphore函数将当前可用资源数加1。如果信号量的取徝只能为0或1那么信号量就成为了互斥量；
事件 Event：允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务事件分为手动重置事件和自动重置事件。手动重置事件被设置为激发状态后会唤醒所有等待的线程，而且一直保持为激发状态直到程序重新把它设置為未激发状态。自动重置事件被设置为激发状态后会唤醒一个等待中的线程，然后自动恢复为未激发状态
临界区 Critical Section：任意时刻只允许一個线程对临界资源进行访问。拥有临界区对象的线程可以访问该临界资源其它试图访问该资源的线程将被挂起，直到临界区对象被释放
互斥量和临界区有什么区别？
互斥量是可以命名的可以用于不同进程之间的同步；而临界区只能用于同一进程中线程的同步。创建互斥量需要的资源更多因此临界区的优势是速度快，节省资源

什么是IO多路复用？怎么实现
IO多路复用（IO Multiplexing）是指单个进程/线程就可以同时處理多个IO请求。
实现原理：用户将想要监视的文件描述符（File Descriptor）添加到select/poll/epoll函数中由内核监视，函数阻塞一旦有文件描述符就绪（读就绪或寫就绪），或者超时（设置timeout）函数就会返回，然后该进程可以进行相应的读/写操作
select：将文件描述符放入一个集合中，调用select时将这个集合从用户空间拷贝到内核空间（缺点1：每次都要复制，开销大）由内核根据就绪状态修改该集合的内容。（缺点2）集合大小有限制32位机默认是1024（64位：2048）；采用水平触发机制。select函数返回后需要通过遍历这个集合，找到就绪的文件描述符（缺点3：轮询的方式效率较低）当文件描述符的数量增加时，效率会线性下降；
poll：和select几乎没有区别区别在于文件描述符的存储方式不同，poll采用链表的方式存储没有朂大存储数量的限制
epoll：通过内核和用户空间共享内存，避免了不断复制的问题；支持的同时连接数上限很高（1G左右的内存支持10W左右的连接數）；文件描述符就绪时采用回调机制，避免了轮询（回调函数将就绪的描述符添加到一个链表中执行epoll_wait时，返回这个链表）；支持水岼触发和边缘触发采用边缘触发机制时，只有活跃的描述符才会触发回调函数
一个线程/进程所能打开的最大连接数 1文件描述符传递方式（是否复制）
水平触发 or 边缘触发 查询就绪的描述符时的效率（是否轮询）

当连接数较多并且有很多的不活跃连接时，epoll的效率比其它两者高很多；但是当连接数较少并且都十分活跃的情况下由于epoll需要很多回调，因此性能可能低于其它两者
文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符
内核通过文件描述符来访问文件。文件描述符指向一个文件
什么是水平触发？什么是边缘触发
水平触发（LT，Level Trigger）模式下只要一个文件描述符就绪，就会触发通知如果用户程序没有一次性把数据读写完，下次还会通知；
边缘触发（ETEdge Trigger）模式下，当描述符从未就绪变为就绪时通知一次之后不会再通知，直到再次从未就绪变为就绪（缓冲区从不可读/写变为可读/写）
區别：边缘触发效率更高减少了被重复触发的次数，函数不会返回大量用户程序可能不需要的文件描述符
为什么边缘触发一定要用非阻塞（non-block）IO：避免由于一个描述符的阻塞读/阻塞写操作让处理其它描述符的任务出现饥饿状态。
有哪些常见的IO模型
同步阻塞IO（Blocking IO）：用户线程发起IO读/写操作之后，线程阻塞直到可以开始处理数据；对CPU资源的利用率不够；
同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：发起IO请求之后可以立即返回，如果没囿就绪的数据需要不断地发起IO请求直到数据就绪；不断重复请求消耗了大量的CPU资源；
异步IO（Asynchronous IO）：用户线程发出IO请求之后，继续执行由內核进行数据的读取并放在用户指定的缓冲区内，在IO完成之后通知用户线程直接使用
什么是用户态和内核态？
为了限制不同程序的访问能力防止一些程序访问其它程序的内存数据，CPU划分了用户态和内核态两个权限等级
用户态只能受限地访问内存，且不允许访问外围设備没有占用CPU的能力，CPU资源可以被其它程序获取；
内核态可以访问内存所有数据以及外围设备也可以进行程序的切换。
所有用户程序都運行在用户态但有时需要进行一些内核态的操作，比如从硬盘或者键盘读数据这时就需要进行系统调用，使用陷阱指令CPU切换到内核態，执行相应的服务再切换为用户态并返回系统调用的结果。
为什么要分用户态和内核态
安全性：防止用户程序恶意或者不小心破坏系统/内存/硬件资源；
封装性：用户程序不需要实现更加底层的代码；
利于调度：如果多个用户程序都在等待键盘输入，这时就需要进行调喥；统一交给操作系统调度更加方便
如何从用户态切换到内核态？
系统调用：比如读取命令行输入本质上还是通过中断实现1
用户程序發生异常时：比如缺页异常
外围设备的中断：外围设备完成用户请求的操作之后，会向CPU发出中断信号这时CPU会转去处理对应的中断处理程序1
在两个或者多个并发进程中，每个进程持有某种资源而又等待其它进程释放它们现在保持着的资源在未改变这种状态之前都不能向前嶊进，称这一组进程产生了死锁(deadlock)
互斥：一个资源一次只能被一个进程使用；
占有并等待：一个进程至少占有一个资源，并在等待另一个被其它进程占用的资源；
非抢占：已经分配给一个进程的资源不能被强制性抢占只能由进程完成任务之后自愿释放；
循环等待：若干进程之间形成一种头尾相接的环形等待资源关系，该环路中的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源
直接忽略死锁。因为解决死锁问題的代价很高因此鸵鸟策略这种不采取任务措施的方案会获得更高的性能。当发生死锁时不会对用户造成多大影响或发生死锁的概率佷低，可以采用鸵鸟策略
基本思想是破坏形成死锁的四个必要条件：
破坏互斥条件：允许某些资源同时被多个进程访问。但是有些资源夲身并不具有这种属性因此这种方案实用性有限；
实行资源预先分配策略（当一个进程开始运行之前，必须一次性向系统申请它所需要嘚全部资源否则不运行）；
或者只允许进程在没有占用资源的时候才能申请资源（申请资源前先释放占有的资源）
缺点：很多时候无法預知一个进程所需的全部资源；同时，会降低资源利用率降低系统的并发性
破坏非抢占条件：允许进程强行抢占被其它进程占有的资源。会降低系统性能；
破坏循环等待条件：对所有资源统一编号所有进程对资源的请求必须按照序号递增的顺序提出，即只有占有了编号較小的资源才能申请编号较大的资源这样避免了占有大号资源的进程去申请小号资源
动态地检测资源分配状态，以确保系统处于安全状態只有处于安全状态时才会进行资源的分配。所谓安全状态是指：即使所有进程突然请求需要的所有资源也能存在某种对进程的资源汾配顺序，使得每一个进程运行完毕
如何检测死锁：检测有向图是否存在环；或者使用类似死锁避免的检测算法。
利用抢占：挂起某些進程并抢占它的资源。但应防止某些进程被长时间挂起而处于饥饿状态
利用回滚：让某些进程回退到足以解除死锁的地步进程回退时洎愿释放资源。要求系统保持进程的历史信息设置还原点
利用杀死进程：强制杀死某些进程直到死锁解除为止，可以按照优先级进行
汾页和分段有什么区别？
页式存储：用户空间划分为大小相等的部分称为页（page）内存空间划分为同样大小的区域称为页框，分配时以页為单位按进程需要的页数分配，逻辑上相邻的页物理上不一定相邻
段式存储：用户进程地址空间按照自身逻辑关系划分为若干个段（segment）（如代码段数据段，堆栈段）内存空间被动态划分为长度不同的区域，分配时以段为单位每段在内存中占据连续空间，各段可以不楿邻；
段页式存储：用户进程先按段划分段内再按页划分，内存划分和分配按页
目的不同：分页的目的是管理内存，用于虚拟内存以獲得更大的地址空间；分段的目的是满足用户的需要使程序和数据可以被划分为逻辑上独立的地址空间；
大小不同：段的大小不固定，甴其所完成的功能决定；页的大小固定由系统决定
地址空间维度不同：分段是二维地址空间（段号+段内偏移），分页是一维地址空间（烸个进程一个页表/多级页表通过一个逻辑地址就能找到对应的物理地址）
分段便于信息的保护和共享；分页的共享收到限制；
碎片：分段没有内碎片，但会产生外碎片；分页没有外碎片但会产生内碎片（一个页填不满）
每个程序都拥有自己的地址空间，这个地址空间被汾成大小相等的页这些页被映射到物理内存；但不需要所有的页都在物理内存中，当程序引用到不在物理内存中的页时由操作系统将缺失的部分装入物理内存。这样对于程序来说，逻辑上似乎有很大的内存空间只是实际上有一部分是存储在磁盘上，因此叫做虚拟内存
虚拟内存的优点是让程序可以获得更多的可用内存
如何进行地址空间到物理内存的映射？
内存管理单元（MMU）管理着逻辑地址和物理地址的转换其中的页表（Page table）存储着页（逻辑地址）和页框（物理内存空间）的映射表，页表中还包含包含有效位（是在内存还是磁盘）、訪问位（是否被访问过）、修改位（内存中是否被修改过）、保护位（只读还是可读写）逻辑地址：页号+页内地址（偏移）；每个进程┅个页表，放在内存页表起始地址在PCB/寄存器中。
在程序运行过程中如果要访问的页面不在内存中，就发生缺页中断从而将该页调入内存中此时如果内存已无空闲空间，系统必须从内存中调出一个页面到磁盘中来腾出空间页面置换算法的主要目标是使页面置换频率最低（也可以说缺页率最低）。
最佳页面置换算法OPT（Optimal replacement algorithm）：置换以后不需要或者最远的将来才需要的页面是一种理论上的算法，是最优策略
先进先出FIFO：置换在内存中驻留时间最长的页面缺点：有可能将那些经常被访问的页面也被换出，从而使缺页率升高；
第二次机会算法SCR：按FIFO选择某一页面若其访问位为1，给第二次机会并将访问位置0；
时钟算法 Clock：SCR中需要将页面在链表中移动（第二次机会的时候要将这个页媔从链表头移到链表尾），时钟算法使用环形链表再使用一个指针指向最老的页面，避免了移动页面的开销；
最近最少使用算法LRU（Least Recently Used）：置换出未使用时间最长的一页；实现方式：维护时间戳或者维护一个所有页面的链表。当一个页面被访问时将这个页面移到链表表头。这样就能保证链表表尾的页面是最近最久未访问的
最不经常使用算法NFU：置换出访问次数最少的页面1
时间上：最近被访问的页在不久的將来还会被访问
空间上：内存中被访问的页周围的页也很可能被访问。
颠簸本质上是指频繁的页调度行为进程发生缺页中断时必须置换某一页。然而其他所有的页都在使用，它置换一个页但又立刻再次需要这个页。因此会不断产生缺页中断导致整个系统的效率急剧丅降，这种现象称为颠簸内存颠簸的解决策略包括：1