操作系統(tǒng)方面的相關(guān)面試題總結(jié)（中）

14、操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理機(jī)制了解過嗎？都有哪些？

內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)的重要功能之一，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的物理內(nèi)存，以提供給應(yīng)用程序使用。內(nèi)存管理機(jī)制通常包括以下幾個(gè)方面：

• 內(nèi)存分配：操作系統(tǒng)需要負(fù)責(zé)為應(yīng)用程序分配內(nèi)存空間，并記錄內(nèi)存的使用情況。常見的內(nèi)存分配算法包括首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)、最壞適應(yīng)等。
• 內(nèi)存保護(hù)：操作系統(tǒng)需要保護(hù)應(yīng)用程序不受其他程序或操作系統(tǒng)本身的干擾。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制包括權(quán)限管理、虛擬內(nèi)存等。
• 內(nèi)存映射：內(nèi)存映射是將文件映射到內(nèi)存空間的一種技術(shù)，使得應(yīng)用程序可以直接訪問文件的內(nèi)容，而不需要通過文件 I/O 操作。這種技術(shù)可以提高程序的執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)傳輸速度。
• 內(nèi)存回收：當(dāng)應(yīng)用程序不再使用某個(gè)內(nèi)存塊時(shí)，操作系統(tǒng)需要回收這些內(nèi)存空間，以便重新分配給其他應(yīng)用程序使用。
• 虛擬內(nèi)存：虛擬內(nèi)存是一種將物理內(nèi)存和硬盤空間結(jié)合使用的技術(shù)。操作系統(tǒng)可以將一部分物理內(nèi)存暫時(shí)保存到硬盤上，以便給其他應(yīng)用程序使用，當(dāng)應(yīng)用程序再次需要該內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)可以將其重新加載到物理內(nèi)存中。

以上是操作系統(tǒng)內(nèi)存管理的一些常見機(jī)制，不同操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有所不同。這些機(jī)制可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存利用率、執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)也可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

15、進(jìn)程有哪些狀態(tài)？

進(jìn)程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)重要概念，可以理解為正在運(yùn)行的程序的實(shí)例。在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程可以處于以下幾種狀態(tài)：

• 新建狀態(tài)（New）：當(dāng)操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程處于新建狀態(tài)。
• 就緒狀態(tài)（Ready）：當(dāng)進(jìn)程已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行，等待系統(tǒng)分配處理器資源時(shí)，進(jìn)程處于就緒狀態(tài)。
• 運(yùn)行狀態(tài)（Running）：當(dāng)操作系統(tǒng)分配處理器資源并開始執(zhí)行進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)。
• 阻塞狀態(tài)（Blocked）：當(dāng)進(jìn)程需要等待某些事件發(fā)生時(shí)，例如等待 I/O 操作完成或等待某個(gè)信號(hào)，進(jìn)程會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到事件發(fā)生才會(huì)被重新調(diào)度。
• 結(jié)束狀態(tài)（Terminated）：當(dāng)進(jìn)程完成其任務(wù)或被操作系統(tǒng)終止時(shí)，進(jìn)程處于結(jié)束狀態(tài)。

這些狀態(tài)描述了一個(gè)進(jìn)程在其生命周期中可能經(jīng)歷的狀態(tài)變化。操作系統(tǒng)通過對(duì)進(jìn)程狀態(tài)的管理和調(diào)度，使得多個(gè)進(jìn)程可以共享計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作系統(tǒng)的功能。

16、你能說說什么是分頁(yè)和分段嗎？都有哪些區(qū)別？

分頁(yè)是將物理內(nèi)存劃分成固定大小的頁(yè)面（Page），將邏輯地址空間劃分成相同大小的頁(yè)（Page）并映射到物理內(nèi)存中。通過這種方式，可以將邏輯地址空間與物理內(nèi)存空間分離，使得操作系統(tǒng)可以更加靈活地管理內(nèi)存。

在分頁(yè)機(jī)制中，操作系統(tǒng)將內(nèi)存劃分成相同大小的頁(yè)面，通常是4KB或者8KB。當(dāng)應(yīng)用程序訪問某個(gè)內(nèi)存地址時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將該地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理地址，然后訪問該物理地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元。分頁(yè)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是管理簡(jiǎn)單，適用于內(nèi)存碎片較多的情況，缺點(diǎn)是由于每個(gè)內(nèi)存塊的大小相同，導(dǎo)致了一些浪費(fèi)。

分段是將邏輯地址空間劃分成若干個(gè)大小不同的段（Segment），每個(gè)段都有自己的邏輯地址空間和長(zhǎng)度，并且可以按照應(yīng)用程序的需要進(jìn)行分配和釋放。分段機(jī)制可以更好地反映應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)存使用更加高效。

在分段機(jī)制中，每個(gè)段都有自己的基地址和長(zhǎng)度，當(dāng)應(yīng)用程序訪問某個(gè)地址時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將該地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理地址，然后訪問該物理地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元。分段機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是更加靈活，適用于內(nèi)存碎片較少的情況，缺點(diǎn)是管理復(fù)雜，容易產(chǎn)生外部碎片。

分頁(yè)和分段的主要區(qū)別在于內(nèi)存管理的單位不同。分頁(yè)是按照固定大小的頁(yè)面進(jìn)行管理，而分段是按照應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。分頁(yè)可以更好地控制內(nèi)存使用，而分段可以更好地反映應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常會(huì)將分頁(yè)和分段結(jié)合起來使用，以充分發(fā)揮兩種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)。

17、什么是交換空間？

交換空間（Swap Space），也叫交換文件（Swap File），是指計(jì)算機(jī)硬盤中專門用于存放被操作系統(tǒng)交換出來的內(nèi)存數(shù)據(jù)的空間。當(dāng)計(jì)算機(jī)的物理內(nèi)存不足時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將一部分暫時(shí)不需要的內(nèi)存數(shù)據(jù)（如進(jìn)程占用的內(nèi)存塊）寫入到交換空間中，以便釋放物理內(nèi)存供其他進(jìn)程使用。

交換空間的作用是為了擴(kuò)展物理內(nèi)存容量，使得操作系統(tǒng)能夠運(yùn)行更多的進(jìn)程。當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將一部分內(nèi)存數(shù)據(jù)暫時(shí)寫入交換空間中，直到需要時(shí)再?gòu)慕粨Q空間中讀取數(shù)據(jù)回到物理內(nèi)存中。在實(shí)際應(yīng)用中，交換空間的大小通常是物理內(nèi)存大小的兩倍或三倍，以確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

盡管交換空間可以擴(kuò)展物理內(nèi)存容量，但是過多的交換空間使用也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，因?yàn)橛脖P訪問速度遠(yuǎn)慢于內(nèi)存訪問速度。因此，在設(shè)置交換空間時(shí)需要權(quán)衡物理內(nèi)存的容量和硬盤空間的使用情況，以達(dá)到最佳的系統(tǒng)性能和資源利用效率。

18、硬鏈接和軟鏈接有什么區(qū)別？

硬鏈接和軟鏈接是文件系統(tǒng)中兩種常見的鏈接方式，它們的主要區(qū)別在于：

• 硬鏈接（Hard Link）是指在同一個(gè)文件系統(tǒng)內(nèi)，通過建立一個(gè)新的目錄項(xiàng)（也就是另一個(gè)文件名），將該文件的文件名和 inode（文件的唯一標(biāo)識(shí)符）都指向同一個(gè)物理文件塊，使得這個(gè)文件有了多個(gè)文件名，這些文件名指向同一個(gè)物理文件。當(dāng)刪除某個(gè)硬鏈接時(shí)，只是刪除了目錄項(xiàng)，而不會(huì)影響其他的硬鏈接和文件本身。因?yàn)槎鄠€(gè)文件名都指向同一個(gè)物理文件，所以修改其中任意一個(gè)文件名所代表的文件內(nèi)容，其他文件名所代表的文件內(nèi)容也會(huì)跟著修改。
• 軟鏈接（Symbolic Link），也稱為符號(hào)鏈接，是指在文件系統(tǒng)中建立一個(gè)新的文件，這個(gè)文件實(shí)際上只是一個(gè)指向另一個(gè)文件的指針，類似于快捷方式。軟鏈接的文件名和 inode 號(hào)不同于被鏈接文件，它只是包含了指向被鏈接文件的路徑信息。軟鏈接可以跨越不同的文件系統(tǒng)，因此即使被鏈接的文件被刪除，軟鏈接仍然存在，但是指向的文件不存在了。

總的來說，硬鏈接創(chuàng)建的鏈接文件名和被鏈接的原始文件名的 inode 號(hào)是相同的，而軟鏈接則是創(chuàng)建了一個(gè)新的文件，這個(gè)文件只包含指向被鏈接文件的路徑信息。因此，硬鏈接不能跨越不同的文件系統(tǒng)，而軟鏈接可以跨越不同的文件系統(tǒng)。另外，刪除硬鏈接并不會(huì)刪除原始文件，而刪除軟鏈接則可能導(dǎo)致被鏈接的原始文件無法訪問。

19、中斷的處理過程？

中斷是計(jì)算機(jī)硬件或軟件發(fā)生某些異常情況時(shí)的一種機(jī)制，它可以使 CPU 從當(dāng)前正在執(zhí)行的程序中斷轉(zhuǎn)到處理中斷的程序中，以處理特殊事件或錯(cuò)誤。

中斷的處理過程一般包括以下幾個(gè)步驟：

• 中斷發(fā)生。當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件或軟件發(fā)生異常情況時(shí)，會(huì)向 CPU 發(fā)送一個(gè)中斷請(qǐng)求（Interrupt Request，IRQ）信號(hào)，以請(qǐng)求 CPU 執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。
• 中斷響應(yīng)。CPU 接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，會(huì)立即停止當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，并保存相關(guān)的寄存器和程序計(jì)數(shù)器等狀態(tài)信息，以便稍后能夠回到原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。同時(shí)，CPU 會(huì)根據(jù)中斷向量表（Interrupt Vector Table，IVT）中的中斷號(hào)找到對(duì)應(yīng)的中斷處理程序的入口地址，并跳轉(zhuǎn)到該地址開始執(zhí)行中斷處理程序。
• 中斷處理。中斷處理程序根據(jù)中斷類型和具體情況執(zhí)行相應(yīng)的操作，如讀取設(shè)備數(shù)據(jù)、保存進(jìn)程狀態(tài)、打印錯(cuò)誤信息等。在中斷處理過程中，CPU 會(huì)保持特權(quán)級(jí)別不變，以便能夠訪問操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間和執(zhí)行特權(quán)指令。
• 中斷結(jié)束。中斷處理程序執(zhí)行完畢后，CPU 會(huì)恢復(fù)保存的狀態(tài)信息，并根據(jù)保存的程序計(jì)數(shù)器等信息返回到原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。此時(shí)，CPU 會(huì)重新進(jìn)入用戶模式，并繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。

需要注意的是，不同類型的中斷處理程序可能具有不同的優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)時(shí)間要求。例如，緊急的硬件故障中斷可能需要立即響應(yīng)并處理，而一般的輸入輸出中斷則可以稍后處理。因此，操作系統(tǒng)需要對(duì)不同類型的中斷進(jìn)行分類和優(yōu)先級(jí)排序，以便能夠高效地響應(yīng)和處理中斷請(qǐng)求。

20、中斷和輪詢有什么區(qū)別？

中斷和輪詢都是計(jì)算機(jī)處理輸入輸出設(shè)備的兩種基本方式，它們的區(qū)別主要在于處理方式和效率上的不同。

中斷是一種異步的處理方式，當(dāng)輸入輸出設(shè)備有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或者發(fā)生異常情況時(shí)，設(shè)備會(huì)向處理器發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)，以請(qǐng)求處理器執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。中斷處理程序會(huì)立即響應(yīng)，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者處理異常情況。中斷處理程序的執(zhí)行是由硬件中斷控制器控制的，處理器不需要不斷地檢查設(shè)備狀態(tài)，因此具有較低的處理器占用率和較高的響應(yīng)速度。

輪詢是一種同步的處理方式，處理器會(huì)不斷地查詢?cè)O(shè)備的狀態(tài)，以確定設(shè)備是否有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或者發(fā)生了異常情況。如果設(shè)備有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或者發(fā)生了異常情況，處理器會(huì)立即對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者處理異常情況。輪詢的處理方式需要不斷地檢查設(shè)備狀態(tài)，因此具有較高的處理器占用率和較低的響應(yīng)速度。

總的來說，中斷和輪詢都可以用來處理輸入輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)，但中斷處理方式具有較高的響應(yīng)速度和較低的處理器占用率，適合于處理需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的任務(wù)；而輪詢處理方式具有較低的響應(yīng)速度和較高的處理器占用率，適合于處理較為簡(jiǎn)單的任務(wù)和對(duì)響應(yīng)速度要求不高的任務(wù)。

21、你能說說孤兒進(jìn)程，僵尸進(jìn)程，守護(hù)進(jìn)程嗎？

• 孤兒進(jìn)程（Orphan Process）

孤兒進(jìn)程是指其父進(jìn)程已經(jīng)終止或者異常退出，而該進(jìn)程還在運(yùn)行。孤兒進(jìn)程由于沒有父進(jìn)程來對(duì)其進(jìn)行管理和回收，因此會(huì)被操作系統(tǒng)的init進(jìn)程接管，成為init進(jìn)程的子進(jìn)程，init進(jìn)程負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行回收和管理。孤兒進(jìn)程不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大的負(fù)擔(dān)，但會(huì)占用系統(tǒng)資源，因此及時(shí)回收孤兒進(jìn)程是良好的進(jìn)程管理習(xí)慣。

• 僵尸進(jìn)程（Zombie Process）

僵尸進(jìn)程是指其已經(jīng)執(zhí)行完畢，但其父進(jìn)程還沒有對(duì)其進(jìn)行回收，仍然占用系統(tǒng)資源。僵尸進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)造成的負(fù)擔(dān)不大，但如果存在大量僵尸進(jìn)程，會(huì)占用過多的系統(tǒng)資源，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載過高。操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)已經(jīng)執(zhí)行完畢的進(jìn)程進(jìn)行回收，但如果父進(jìn)程沒有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行回收，就會(huì)產(chǎn)生僵尸進(jìn)程。

• 守護(hù)進(jìn)程（Daemon Process）

守護(hù)進(jìn)程是一種在后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程，通常用于完成一些系統(tǒng)級(jí)別的任務(wù)，如系統(tǒng)服務(wù)的啟動(dòng)和管理、日志文件的維護(hù)等。守護(hù)進(jìn)程通常在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)，會(huì)常駐在內(nèi)存中并且不會(huì)接收終端輸入。守護(hù)進(jìn)程不會(huì)受到終端關(guān)閉、退出等事件的影響，其生命周期通常由操作系統(tǒng)管理。守護(hù)進(jìn)程通常需要以root權(quán)限運(yùn)行，因?yàn)樗鼈冃枰獙?duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行操作。

總的來說，孤兒進(jìn)程、僵尸進(jìn)程和守護(hù)進(jìn)程都是進(jìn)程的一種狀態(tài)，它們?cè)诓僮飨到y(tǒng)中扮演不同的角色和任務(wù)。及時(shí)回收孤兒進(jìn)程和僵尸進(jìn)程是保持系統(tǒng)穩(wěn)定和高效運(yùn)行的必要措施，而守護(hù)進(jìn)程則是完成系統(tǒng)級(jí)別任務(wù)的重要方式。

22、微內(nèi)核和宏內(nèi)核有什么區(qū)別？

微內(nèi)核和宏內(nèi)核是操作系統(tǒng)內(nèi)核的兩種設(shè)計(jì)范式，它們有以下區(qū)別：

• 架構(gòu)設(shè)計(jì)

宏內(nèi)核采用集成式的設(shè)計(jì)思路，將操作系統(tǒng)的所有功能都放在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等，因此內(nèi)核體積龐大、復(fù)雜度高。而微內(nèi)核則采用最小化的內(nèi)核設(shè)計(jì)思路，只將最基本的功能放在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，其他功能則通過進(jìn)程間通信（IPC）的方式在用戶空間中實(shí)現(xiàn)，從而使得內(nèi)核體積更小、復(fù)雜度更低。

• 系統(tǒng)穩(wěn)定性

宏內(nèi)核由于內(nèi)核功能過于龐大，所以內(nèi)核本身的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。而微內(nèi)核將大部分功能放在用戶空間中，當(dāng)某個(gè)服務(wù)進(jìn)程崩潰時(shí)，只會(huì)影響該服務(wù)進(jìn)程本身，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 系統(tǒng)性能

宏內(nèi)核將大量的功能都實(shí)現(xiàn)在內(nèi)核中，因此系統(tǒng)的性能相對(duì)微內(nèi)核來說要更高一些，特別是在對(duì)于頻繁的內(nèi)核調(diào)用和對(duì)性能要求較高的場(chǎng)景下。而微內(nèi)核由于采用了進(jìn)程間通信機(jī)制，因此在某些場(chǎng)景下會(huì)因?yàn)橥ㄐ诺拈_銷而影響系統(tǒng)性能。

• 系統(tǒng)可定制性

由于微內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)了最基本的功能，因此系統(tǒng)的可定制性更強(qiáng)。用戶可以根據(jù)需要添加、刪除或替換服務(wù)進(jìn)程，以滿足不同的應(yīng)用需求。而宏內(nèi)核的設(shè)計(jì)思路則限制了系統(tǒng)的可定制性，因?yàn)楹陜?nèi)核包含了大量的功能模塊，要修改或替換其中的某一個(gè)模塊通常需要對(duì)整個(gè)內(nèi)核進(jìn)行重新編譯和部署。

總的來說，微內(nèi)核和宏內(nèi)核是兩種不同的操作系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計(jì)思路，它們都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的場(chǎng)景和需求選擇合適的內(nèi)核設(shè)計(jì)思路。