操作系統(tǒng)面試題準備

就只準備了進程線程之類的，再深了一時半會也搞不定了。

1.進程

現(xiàn)在操作系統(tǒng)的特點：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使用系統(tǒng)。

進程是一個程序?qū)δ硞�數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。

進程的靜態(tài)描述有：進程由三部分組成：程序，數(shù)據(jù)集合和進程控制塊(pCB)。

程序表示要完成的功能，數(shù)據(jù)集合表示程序運行時的數(shù)據(jù)部分和工作區(qū)。這二者是進程的物質(zhì)基礎(chǔ)。

如果一個程序是多進程同時共享執(zhí)行，則為不可修改的部分，表現(xiàn)為純碼的形式，數(shù)據(jù)集合為為一個進程獨用，為可以修改部分。

pCB進程控制塊，表示了進程的描述信息、控制信息和資源信息，是進程動態(tài)特性的集中反應(yīng)。是系統(tǒng)感知進程的唯一實體，一個進程的pCB全部或者部分常駐內(nèi)存。

pCB包含的控制信息中有進程的當(dāng)前狀態(tài)。

進程的的狀態(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)。

運行：進程已經(jīng)分配到處理機，程序正由處理機執(zhí)行。

等待：進程因為等待某一事件而暫時不能運行的狀態(tài)。

就緒：進程已具備執(zhí)行條件，但是因為處理機已由其他進程占用，所以暫時不能執(zhí)行而等待分配處理機。

互斥和同步

互斥：一組并發(fā)進程中的一個或者多個程序段，因共享某一公有資源而導(dǎo)致它們必須以一個不允許交叉執(zhí)行的單位執(zhí)行。不允許兩個及以上的共享該資源的并發(fā)進程同時進入臨界區(qū)。

臨界區(qū)：不允許多個并發(fā)進程交叉執(zhí)行的一段程序稱為臨界區(qū)。

1、臨界區(qū)的鎖操作方法：給每個臨界區(qū)設(shè)置一把鎖，有兩個狀態(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)。某個進程進入臨界區(qū)會檢測鎖是否打開，如果關(guān)閉則等待打開。

上鎖實現(xiàn)互斥，缺點：影響系統(tǒng)可靠性和效率，比如多并發(fā)，每個進程都要測試臨界區(qū)鎖狀態(tài)，開銷很大。存在cpu浪費和不公平現(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，多進程并發(fā)時，和上鎖不一樣，如果無法使用臨界區(qū)，不是再次檢測，而是進入等待隊列。sem>=0,表示可供并發(fā)進程使用的資源實體數(shù);sem<0,等待使用臨界區(qū)的進程數(shù)。

p:(1)sem=sem-1(2)sem>=0,p返回，進程繼續(xù)執(zhí)行(3)sem<0，進程被阻塞后與該信號相對應(yīng)的隊列中。

V：(1)sem=sem+1(2)sem>0，V停止執(zhí)行，進程返回調(diào)用處，繼續(xù)執(zhí)行(3)sem<=0,從該信號的隊列中喚醒一等待進程，然后再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進程調(diào)度。

pV操作對于每一個進程來說，都只能進行一次，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實現(xiàn)互斥：(1)sem初始值為1(2)進程p1進入臨界區(qū)，執(zhí)行p操作，sem=0，進程進入臨界區(qū)執(zhí)行(3)進程p2進入臨界區(qū)，執(zhí)行p操作，sem=-1，p2被阻塞，進入信號對應(yīng)等待隊列(4)p1執(zhí)行V操縱，sem=0，喚醒p2進入就緒隊列，進行調(diào)度，進入臨界區(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)進程，因直接制約而互相發(fā)送消息而進行互相合作、互相等待，使得各進程按一定的速度執(zhí)行的過程稱為進程間的同步。

3.進程，線程，作業(yè)，程序。

作業(yè)：是用戶需要計算機完成的某項任務(wù)，而要求計算機所作工作的集合。

進程：是一個程序?qū)δ硞�數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。

程序：描述計算機所要完成的獨立功能，并在時間上嚴格得按照前后次序相機地進行計算機操作序列集合，是一個靜態(tài)的概念。

線程：是在進程內(nèi)調(diào)度和占有處理機的基本單位。由于線程比進程更小，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小得多，能更高效的提高系統(tǒng)內(nèi)多個程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。

進程和程序：

進程是程序的一次運行活動，是動態(tài)的，程序是靜態(tài)指令;

一個進程可以執(zhí)行一個或者多個程序，同一程序也可由多個進程執(zhí)行;

程序作為資源長期保留，進程則是執(zhí)行過程，是暫時的。

進程和線程：

進程是資源管理的基本單位;線程是處理機調(diào)度的基本單位。

以進程為單位進行處理機切換和調(diào)度，切換時間長，資源利用率低;線程為單位，不發(fā)生資源變化，切換實踐短，效率高。

進程和作業(yè)：

4.哲學(xué)家就餐：

有五個哲學(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，每個哲學(xué)家必須拿到兩只筷子，并且每個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)保證不會出現(xiàn)兩個鄰座同時要求吃飯

思路：鄰座使用筷子時的進程互斥，使用信號量。設(shè)定五個信號量，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，對兩側(cè)的筷子均執(zhí)行p操作，進入等待隊列。吃完后，執(zhí)行V操作，鄰座進入就緒狀態(tài)，可以開始就餐。

會出現(xiàn)問題，就是每人都拿一個筷子，誰也吃不上的死鎖。

(2)既沒有兩鄰座同時吃飯又沒人餓死

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現(xiàn)互斥。

5.死鎖

若干進程競爭使用資源，如果每個進程都占有了一定資源，又申請使用已被另一進程占用且不能搶占的資源，則所有的進程將紛紛進入等待狀態(tài)，不能繼續(xù)運行。這種情況叫做死鎖。

產(chǎn)生死鎖的原因主要是：(1) 因為系統(tǒng)資源不足。(2) 進程運行推進的順序不合適。(3)資源分配不當(dāng)?shù)取８�本原因在于系統(tǒng)提供的資源數(shù)小于并發(fā)進程所要求的該類資源數(shù)。

產(chǎn)生死鎖的四個必要條件：(1) 互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用。(2)部分分配：進程每次申請它所需要的一部分資源，在等待新資源的同時，繼續(xù)占用已分配到的資源。(3)不剝奪條件:進程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。(4)環(huán)路條件:存在進程循環(huán)鏈，鏈中每個進程已獲得的資源同時被下一個進程所請求。

解決死鎖：

預(yù)防：采用策略，是的四個必要條件在系統(tǒng)執(zhí)行的任何時間均不滿足。

避免：動態(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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