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《BAT高频面点》操作系统高频面试题八股文（必看🔥）

小龙coding2023/4/9大约 10 分钟

1、什么是操作系统

  • 操作系统简称OS，负责管理协调计算机硬件与软件资源工作的****系统软件
  • 屏蔽了硬件层的复杂性，为上层应用软件与用户提供易用的服务

2、系统调用

操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以以此获得操作系统内核的服务**。**

用户态切换到内核态的几种方式

系统调用、硬件设备中断信号

异常：发生异常，切换到处理该异常的内核程序中

3、进程和线程的区别

一个正在运行中的程序就是一个进程，进程包括程序段、数据段、PCB三部分。程序段就是程序的代码，数据段就是程序运行时产生的数据（比如全局变量、局部变量等），PCB 中包含操作系统对其进行管理的各种信息（如进程标识符 PID，进程当前状态，进程优先级）。

调度：进程是资源分配的基本单位，线程是任务调度和执行的基本单位。

内存：进程拥有独立的地址空间与资源，同个进程下的线程共享进程的地址空间与资源。

开销：线程间切换开销小，进程间切换开销大（线程共享进程资源，拥有独立的栈与程序计数器，进程切换要切换上下文环境）。

切换：同一进程间线程切换不会引起进程切换，不同进程间线程切换会引起进程切换

线程也被称为轻量级线程。

通信：线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信，但是进程通信需要借助系统内核的帮助。

健壮性：进程中一个线程死了，整个进程也就死了；而进程死了，不会对其他进程有影响，独立地址空间

4、线程切换开销为啥比进程小

1、线程切换不需要更换页表，而进程切换需要。页表切换缓存失效，性能低（虚拟内存、页表）

2、进程切换需要切换上下环境比线程上下文环境大，保存现场，切换，到恢复现场更耗时。

进程上下文环境：

程序计数器，通用寄存器、数据、用户栈、页表、pcb等

4、协程

协程是一种用户态的，不被操作系统内核所管理，完全由用户控制的，比线程更加轻量级的存在；一个进程可以由有多个线程，一个线程也可以有多个协程；用户态执行，性能大大提升

5、进程5种状态

  • 新建态（创建一个进程）
  • 就绪态（已经获取到资源，准备好了，进入就绪队列，一旦获得时间片可以立即执行）
  • 运行态（获取到了时间片，执行程序）
  • 阻塞态（运行过程中等待获取其他资源，I/O请求等）
  • 终止态（进程被杀死了)

java中线程6种状态：

new、runnable(就绪+运行)、blocked(阻塞于锁)、waiting、timed_waiting、terminated

6、虚拟内存

虚拟内存使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间）,使得进程逻辑上有很大的连续内存地址空间，实际上一部分对应物理内存上的块，还有一部分没加载进内存的对应在外部磁盘，在需要时进行数据交换。

虚拟内存可以让程序可以拥有超过系统物理内存大小的可用内存空间

7、孤儿进程与僵尸进程

僵尸进程（危害）：子进程退出，父进程没有调用wait()/waitpid()获取子进程终止状态，子进程保留的信息得不到释放，占用进程号，浪费资源，等进程号耗尽便无法产生新进程。

孤儿进程（无害）：父进程退出，子进程还在运行，这些进程便称为孤儿进程。孤儿进程将被init进程（进程号为1）收养，并由init进程完成进程收集工作。

8、进程间通信与线程间通信

进程间通信：

（无名）管道(半双工通信、需亲缘父子或兄弟进程中使用)、FIFO(命名管道，不是父子也可使用)、信号量(计数器—实现进程间互斥同步)、socket、消息队列、共享内存、信号（由软件【kill】、硬件【ctrl c】产生信号通知进程某个事件已经发生）

线程间（同步）通信：

  • 互斥量(Mutex)：互斥对象机制，拥有互斥对象才能访问。（synchonized、lock）
  • 信号量：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
  • 事件**(Event)** ：通过通知操作方式实现同步（wait/notify）

9、堆栈区别

申请方式：栈系统自动申请，堆需手动申请c语言malloc()，java new Object()；

stack系统分配速度快，堆慢，容易内部碎片；

栈地址空间连续，堆是不连续的（链表存储空闲内存地址）；

内容不一样，大下限制（栈预先设定好的，堆取决有效虚拟内存）

10、什么情况下Java程序会产生死锁？如何定位、恢复？

一、死锁原因：

两个或多个任务以不合理的顺序相互竞争资源造成相互等待，无限期阻塞

例如：线程A持锁a，获取锁b;线程B持锁b，获取锁a，就会死锁

二、死锁检测：

  • jps、ps、任务管理器获取进程ID
  • jstack pid获取进程中线程堆栈信息（区分线程状态 -> 查看等待目标 -> 对比 Monitor 等持有状态）
  • jconsole、Jvisualvm排查死锁问题（java监视管理平台）

三、死锁解决：

打破造成死锁条件（互斥、占有并等待、非抢占、循环等待）、按顺序获取锁，使用超时锁、不要同时获取多把锁

//死锁例子
public class DeadLockSample extends Thread {
  private String first;
  private String second;
  public DeadLockSample(String name, String first, String second) {
      super(name);
      this.first = first;
      this.second = second;
  }

  public  void run() {
      synchronized (first) {
          System.out.println(this.getName() + " obtained: " + first);
          try {
              Thread.sleep(1000L);
              synchronized (second) {
                  System.out.println(this.getName() + " obtained: " + second);
              }
          } catch (InterruptedException e) {
              // Do nothing
          }
      }
  }
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      String lockA = "lockA";
      String lockB = "lockB";
      DeadLockSample t1 = new DeadLockSample("Thread1", lockA, lockB);
      DeadLockSample t2 = new DeadLockSample("Thread2", lockB, lockA);
      t1.start();
      t2.start();
      t1.join();
      t2.join();
  }
}

11、内存管理机制

块式管理：将内存分为一个个块，一个块包含一个进程

页式管理：将内存空间分为一个个大小相等的分区，每个分区就是一个页框，然后将进程的逻辑地址分页存储在页框中，通过⻚表对应逻辑地址和物理地址

段式管理：：内存被划分为若干个段，按段存储

段页式管理：把主存先分成若干段，每个段又分成若干页。

页表：存储页面与页框对于关系，通过页表对应逻辑地址与物理地址。

12、分页机制与分段机制异同

  1. 共同点 ：
  • 分⻚机制和分段机制都是为了提⾼内存利⽤率，减少内存碎⽚。
  • ⻚和段都是离散存储的，所以两者都是离散分配内存的⽅式。但是，每个⻚和段中的内存是连续的。
  1. 区别 （段：地址空间二维、产生外部碎片、大小不固定、对用户可见、更容易信息共享与保护）
    • 分页对用户不可见，分段对用户可见
    • 分页地址空间一维，分段地址空间二维
    • 分段更容易实现信息的共享与保护
    • 分段会产生外部碎片；分页内存利用率更高，不会产生外部碎片
    • 页的大小是固定的，由操作系统决定；而段的大小不固定，取决于我们当前运⾏的程序

13、select、poll、epoll

基本原理概叙：

  • select：将文件描述符（fds）收集给内核，内核发现有数据到来，select返回，并将有数据的fd值为1。用户空间中，由于SELECT 没有返回哪些 fd 有数据到来，用户态需要遍历得到置位的fd读取数据并处理，O（n）时间复杂度。

    • 缺点：fd有大小限制，bitmap数据结构，1024；需要一次用户态内核态切换、处理需要线性遍历fd
    • 优点：由内核态判断fds有无数据到来，只需要一次用户内核切换，不然每次都要切

  • poll：原理和select近似，只是poll采用结构体表示fd（int fd-指定给fd、int event-监听的某个事件、int revent）-结构体+链表

  • epoll：结构体+链表、没有置位操作、用户内核态共享内存、返回有数据到来的fd，不用遍历

14、进程调度算法

先来先服务、短作业优先、时间片轮转、多级反馈队列、优先级调度

15、页面置换算法

FIFO（First In First Out） 页面置换算法（先进先出页面置换算法）

LRU （Least Recently Used）页面置换算法（最近最久未使用页面置换算法）

OPT 页面置换算法（最佳页面置换算法）未来长时间不使用的或永久不使用的，理想的，无法实现的，无法确定页面访问时间

时钟(CLOCK)置换算法：

  • 当内存中无对应数据，访问位为 0 即可置换，再变换访问位为 1，然后指针下移。
  • 当内存中无对应数据，访问位为 1 不置换，再变换访问位为 0，然后指针下移。
  • 当内存中有对应数据时，访问位变换，指针下移。

16、IO模型

17、select、poll、epoll

18、Linux常用命令

pwd：显示当前所在位置

kill -9 pid ：杀死进程（-9 表示强制终止）

kill -2 pid：保存相关数据再退出

tar -xvf ：解压

wget : 是从远程下载的工具。

top

df -h：查看磁盘空间

网络相关：

netstat -ntl

netstat -naptul | grep 端口

进程：

ps -ef | grep xxx

telnet IP地址 端口：判断主机是否开启了某个端口

ping : 查看与某台机器的连接情况。TTL：生存时间。数据报被路由器丢弃之前允许通过的网段数量

linux如何查看端口被哪个进程占用的方法：

1、lsof -i:端口号

2、netstat -tunlp|grep 端口号

1、网络排查

netstat -ntl  [t:tcp u:udp l:处于监听状态连接 n:以IP地址显示]
查找某个端口
netstat -ntl | grep 端口

img

2、查找指定进程

ps -ef | grep 进程关键字

3、查看一个进程所占内存

ps -ef | grep 进程关键字 【得到进程ID】
top -p 进程ID

4、查看文件前几行后几行

tail -fn 1000 nohut.out 【f循环打印 n行数 tail后几行】
head -n 1000 nohut.out 【 n行数 head前几行】

5、运行Jar包

nohup java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof -jar /home/hik/data/ygw/ygw-1.0.0-SNAPSHOT.jar &

6、其他基本命令

cat vim mkdir cd ll ls 
#监控TCP/IP网络并过滤指定端口
netstat -lanp|grep 8080
netstat -aon|grep ".27:80 "|wc
#查看磁盘空间
df -hl
#查看内存使用情况
free
#查找目录下的文件
find path -name 文件名
#查找当前目录下的以out结尾的文件
find . -name "*.out"