作者| 指導(dǎo)兄弟

編輯器| 吳興齡

產(chǎn)品| CSDN博客

您好，我是指導(dǎo)兄弟！ 許多讀者抱怨說，計算機操作系統(tǒng)的知識很復(fù)雜，他們沒有太多的耐心去看它，但是他們經(jīng)常在采訪中遇到它。 因此，這里是我分類的操作系統(tǒng)的常見問題解答！ 本文總結(jié)了一些與操作系統(tǒng)有關(guān)的重要問題，例如進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，虛擬內(nèi)存等。

的形式是通過大多數(shù)面試官和求職者之間的對話發(fā)展起來的。 另外，兄弟指南只在上大學(xué)時才研究操作系統(tǒng)，但他基本上忘記閱讀許多相關(guān)書籍和博客來撰寫本文。 如果文章中有任何需要補充和改進(jìn)的地方，可以在評論區(qū)域中指出。 如果您認(rèn)為內(nèi)容不錯，請不要忘記單擊它！ 我個人認(rèn)為，很好地學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)非常有用。 有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱我昨天在地球上分享的一段文章：

只是操作系統(tǒng)某些重要概念的概述。 如果您想深入學(xué)習(xí)，建議您如實閱讀。 此外，本文的許多內(nèi)容都引用了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的第三版。 非常感謝你。

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

1.1什么是操作系統(tǒng)？

一種A一種A采訪者：讓我們從一個簡單的問題開始！ 什么是操作系統(tǒng)？

一種我：讓我通過以下四點向您介紹操作系統(tǒng)！

：內(nèi)核負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程，內(nèi)存，設(shè)備驅(qū)動程序，文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這決定了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。 它是應(yīng)用程序和硬件之間的橋梁。

內(nèi)核是操作系統(tǒng)背后黑匣子的核心。

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1.2系統(tǒng)調(diào)用

一種A一種Interviewer：什么是系統(tǒng)調(diào)用？ 能不能給我詳細(xì)介紹。

一種Me：在介紹系統(tǒng)調(diào)用之前，讓我們看一下用戶狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)。 根據(jù)進(jìn)程訪問資源的特性，我們可以將系統(tǒng)上運行的進(jìn)程分為兩個級別：在

表示用戶狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)之后，系統(tǒng)調(diào)用是什么？ 我們運行的程序基本上處于用戶狀態(tài)。 如果我們稱操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)狀態(tài)級別子功能怎么辦？ 然后，您需要系統(tǒng)調(diào)用！

意味著在我們運行的用戶程序中，與系統(tǒng)狀態(tài)級資源相關(guān)的所有操作（例如文件管理，過程控制，內(nèi)存管理等）必須通過系統(tǒng)調(diào)用模式向操作系統(tǒng)提出服務(wù)請求，并且 由操作系統(tǒng)完成。 這些系統(tǒng)調(diào)用

可以根據(jù)其功能分為以下幾類：

進(jìn)程與線程

2.1進(jìn)程與線程

的區(qū)別A一種A一種A采訪者：好！ 哦，我明白了！ 然后您再說一遍：進(jìn)程和線程之間的區(qū)別。

一種我：好！ 下圖顯示了JAVA存儲區(qū)。 讓我們從JVM的角度討論線程與進(jìn)程之間的關(guān)系！ 如果您對JAVA內(nèi)存區(qū)域（運行時數(shù)據(jù)區(qū)域）了解不多，則可以閱讀本文：這可能是關(guān)于JAVA內(nèi)存區(qū)域的最清晰的文章。 從上圖可以看出：一個進(jìn)程可以有多個線程，并且多個線程共享進(jìn)程的堆和方法區(qū)域（JDK1.8元空間），但是每個線程都有自己的程序計數(shù)器，虛擬機堆棧和 本地方法堆棧。

摘要：線程是一個較小的運行單元，分為多個進(jìn)程。 一個進(jìn)程可以在其執(zhí)行期間生成多個線程。 線程和進(jìn)程之間的最大區(qū)別是，每個進(jìn)程基本上是獨立的，而每個線程不一定是獨立的，因為同一進(jìn)程中的線程很可能會相互影響。 線程執(zhí)行的開銷很小，但是不利于資源的管理和保護(hù)； 過程是相反的。

2.2進(jìn)程的狀態(tài)是什么A某種A的類型是訪問者：進(jìn)程的狀態(tài)是什么Me：我們通常將進(jìn)程分為五個狀態(tài)，這與線程非常相似！

2.3進(jìn)程之間的通信模式

一種A一種A Interviewer：在進(jìn)程之間進(jìn)行通信的常用方法是什么？

一種Me：在流程之間進(jìn)行通信的大約七種常見方法。

的以下摘要部分指的是IPC（進(jìn)程間通信）文章。 建議閱讀，總結(jié)非常好。

2.4線程之間的同步

一種A一種Interviewer：什么是同步線程的方法？

一種Me：線程同步是共享關(guān)鍵資源的兩個或多個線程的并發(fā)執(zhí)行。 線程應(yīng)該同步以避免嚴(yán)重的資源使用沖突。 操作系統(tǒng)一般具有以下三種線程同步方式：

2.5進(jìn)程調(diào)度算法

一種A一種Interviewer：您知道操作系統(tǒng)中進(jìn)程的調(diào)度算法嗎？ 嗯！ 這是我們在大學(xué)中學(xué)到的非常重要的知識點！

為了確定首先執(zhí)行哪個進(jìn)程以及最后執(zhí)行哪個進(jìn)程以獲得最大的CPU利用率，計算機科學(xué)家定義了一些算法，這些算法為：

優(yōu)先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法：從就緒隊列中，選擇 一個進(jìn)程，該進(jìn)程首先進(jìn)入隊列以為其分配資源，并使其立即執(zhí)行直到完成或發(fā)生事件，然后在被阻塞以放棄CPU時對其進(jìn)行重新調(diào)度。 短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法：從就緒隊列中選擇估計運行時間最短的進(jìn)程來分配資源，使其立即執(zhí)行并繼續(xù)執(zhí)行直到完成或事件發(fā)生，然后在被阻塞并重新調(diào)度時重新調(diào)度 放棄CPU。 時間片輪換調(diào)度算法：時間片輪換調(diào)度是最古老，最簡單，最公平，使用最廣泛的算法，也稱為RR（循環(huán)）調(diào)度。 每個進(jìn)程都分配了一個時間段，稱為其時間片，這是允許該進(jìn)程運行的時間。 多級反饋隊列調(diào)度算法：前面幾種過程調(diào)度算法都有一定的局限性。 例如，短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法僅考慮短進(jìn)程，而忽略長進(jìn)程。 多級反饋隊列調(diào)度算法不僅可以使高優(yōu)先級的作業(yè)做出響應(yīng)，還可以使短的作業(yè)（流程）快速完成。 因此，這是一種更好的進(jìn)程調(diào)度算法，被UNIX操作系統(tǒng)采用。 優(yōu)先級調(diào)度：為每個進(jìn)程分配優(yōu)先級，首先以最高優(yōu)先級執(zhí)行該進(jìn)程，依此類推。 具有相同優(yōu)先級的進(jìn)程以FCFS模式執(zhí)行。 可以根據(jù)內(nèi)存需求，時間需求或任何其他資源需求來確定優(yōu)先級。 操作系統(tǒng)內(nèi)存管理基礎(chǔ)

3.1內(nèi)存管理簡介

一種A一種A Interviewer：操作系統(tǒng)內(nèi)存管理的主要目的是什么？

一種：操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配和恢復(fù)（malloc功能：申請內(nèi)存，free功能：釋放內(nèi)存）。 另外，地址轉(zhuǎn)換，即將邏輯地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址，也是操作系統(tǒng)內(nèi)存管理的工作。

3.2常見的內(nèi)存管理機制

一種A一種A Interviewer：您了解操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理機制嗎？ 內(nèi)存管理有哪些方法？

一種我：我在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)時就了解了這一點。

簡單地分為連續(xù)分布管理和不連續(xù)分布管理。 連續(xù)分配管理是指為用戶程序分配連續(xù)的存儲空間，例如塊管理。 類似地，不連續(xù)分配管理允許程序使用分布在離散或不相鄰存儲器中的存儲器，例如頁面管理和段管理。

一種A一種A面試官：好答案！ 但是，錯過了非常重要的細(xì)分和頁面管理機制。 段頁面管理機制結(jié)合了段管理和頁面管理的優(yōu)點。 簡而言之，段頁面管理機制是將主存儲器首先劃分為多個段，每個段被劃分為多個頁面，也就是說，段頁面管理機制的段與內(nèi)部段之間的段都是 離散的。

一種我：謝謝！ 只是忘記了這一點-

3.3快速表和多級頁面表

一種A一種A訪問者：頁面表管理機制中有兩個非常重要的概念：快速表和多級頁面 表，分別解決了頁表管理中的兩個非常重要的問題。 請給我簡單介紹！

的一種Me：在分頁內(nèi)存管理中，有兩個要點：從

虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換應(yīng)該很快。

解決了虛擬地址空間大和頁表大的問題。

快速表

為了解決虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換速度，操作系統(tǒng)基于頁表方案引入了快速表來加速虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。 我們可以將塊表理解為一種特殊的緩存，其中的內(nèi)容是頁表的一部分或全部。 作為頁表的高速緩存，它具有與頁表相同的功能，但是可以提高訪問速度。 因為頁表用于地址轉(zhuǎn)換，所以CPU在讀取和寫入內(nèi)存數(shù)據(jù)時訪問主內(nèi)存兩次。 使用快速表，有時您只需要訪問一次高速緩存存儲器和一次訪問主存儲器，這可以加快搜索速度并提高指令的執(zhí)行速度。 在

中使用快速表后的地址轉(zhuǎn)換過程如下：閱讀

后，您會發(fā)現(xiàn)我們在開發(fā)系統(tǒng)（例如Redis）中經(jīng)常使用的快速表和緩存確實是很多想法和經(jīng)典 可以在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中使用的各種工具或框架中找到操作系統(tǒng)中的算法。

多級頁表

引入多級頁表的主要目的是避免一直將所有頁表都放在內(nèi)存中，尤其是那些根本不需要的頁表不必保留在內(nèi)存中。 多級頁表屬于典型的空間時間場景。 有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱以下文章

如何為多級頁面表保存內(nèi)存：https：//www.polarxiong.com/archives/如何為多級頁面表保存內(nèi)存。html

摘要

為了提高存儲器的空間性能，提出了多級頁表的概念。 但是空間性能是基于時間性能的浪費，因此，為了補充丟失的時間性能，提出了快速表（TLB）的概念。 實際上，快速表和多級頁表都利用了程序的局部性原理，該原理將在后面的虛擬內(nèi)存部分中介紹。

3.4分頁機制和分段機制之間的共同點和差異

一種A一種A采訪者：分頁機制和分段機制之間的異同是什么？

一種I：

公用：

區(qū)別：

3.5邏輯（虛擬）地址和物理地址p