操作系统基础知识1

1、用户态和内核态的区别？
a、访问权限。用户态下，应用程序只能访问受限的的资源和执行受限的程序；而在内核态下，操作系统具有完全的访问权限，可以访问系统的所有资源和执行所有操作；
b、CPU指令集。用户态下，用户只能执行非特权指令，而内核态下，CPU可以执行特权指令，例如访问设备、修改系统状态；
c、中断和异常处理。用户态下，发生中断或者异常时，操作系统会进行中断处理，京控制权转移到内核态下的中断处理程序。内核态下，操作系统可以直接处理中断和异常，并进行相应的处理操作；
d、内存保护。用户态下，应用程序只能访问自己的内存空间，无法访问其他应用程序的内存空间和操作系统的内存空间；内核态下，操作系统可以访问所有的内存空间，包括应用程序的内存空间；
e、安全性。用户态的应用程序受到限制，操作系统系统可以对其进行隔离和保护，防止恶意更改代码对系统造成伤害；内核态下的操作系统具有更高的权限，需要对其进行严格的安全管理，防止非法访问和恶意操作。
2、进程调度算法有哪些？
a、先来先服务：每次从就绪队列中选择最先进入队列的进程，然后一直执行，直到进程退出或者阻塞，才会去选择下一个进程，适用于CPU繁忙型作业的系统，不适用与I/O繁忙型作业的系统；
b、最短作业优先调度：优先选择运行时间最短的进程来运行，提高系统吞吐量；
c、高响应比优先调度算法：每次进行进程调度时。先计算响应比。把响应比优先级最高的进程投入运行。
优先权=（等待时间+要求服务时间）/（要求服务时间）
d、时间片轮转调度算法：每个进程被分配一个时间片，在该时间段内执行对应的进程。时间片太短会导致过多的上下文切换，降低CPU效率；时间片太长可能会导致短作业进程的的响应时间边长。
e、最高优先级调度算法：从就绪队列中选择最高优先级的进程进行运行。
静态优先级：创建进程时，已经确立好优先级，在整个运行时间内优先级都不会改变。
动态优先级：根据进程的动态变化调整优先级，比如随着进程运行时间增加，则降低其优先级，随着进程等待时间增加，则升高其优先级。随着时间推移增加等待进程的优先级。
非抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，运行完当前进程，再选择优先级高的进程。
抢占式：当就绪队列中出现优先级更高的进程，当前进程挂起，调度优先级更高的进程运行。
缺点：低优先级的进程永远不会被执行。
f、多级反馈队列：是优先级和时间片算法的融合。
（1）、设置多级就绪队列，各级优先队列优先级从高到底，时间片从小到大；
（2）、新进程到达时先进入第1级队列末尾。按先来新服务的原则排队等待被调度。如果第1mei级队列规定的时间片没运行完成，则将其转入到第2级队列的末尾，以此类推，直到完成；
（3）、当优先级高的队列为空时，才调用优先级低的队列中的任务执行，如果Sn队列中的进程执行时，S1-n中进入新的进程，则停止当前正在执行的进程，并将其放到原队列的末尾，接着执行高优先级的进程。

3、进程间的通信？
管道、消息队列、共享内存、套接字、信号量。
4、线程间的通信？
互斥量、信号量、条件变量、读写锁。
5、IO多路复用？
select、poll、epoll
6、select、poll、epoll的区别？
select实现多路复用的方式是，将已连接的socket都放在一个文件描述符集合中，然后调用select函数将文件描述符集合拷贝到内核里，让内核来检查是否由网络事件的发生，遍历所有的文件描述符，检查到有事件产生后，将socket标记为可读或可写，然后把文件描述符拷贝到用户态，用户态还需要遍历找到可读或可写的socket，再进行处理。
遍历2次文件描述符，拷贝两次文件描述符。
select使用BitsMap，表示文件描述符集合，linux下，内核中的FD_SETSIZE默认最大值为1024，只能监听0-1023的文件描述符。
poll不再使用BitsMap来存储所关注的文件描述符，使用链表来组织关注的文件描述符，同时监听的socket可以变得更多。
epoll在内核中使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述符，把需要监控的socket通过epoll_ctl()函数加入到内核中的红黑树里。每次操作时只需要传入一个待检测的socket，减少了用户态和内核态的数据拷贝和内存分配。
epoll使用事件驱动机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个socket有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到就绪链表中，用户调用epoll_wait()，只会返回这个就绪链表，不需要扫描整个文件描述符，提高效率。
7、为什么要有虚拟内存？
1、进程隔离。如果没有虚拟内存的话，在内存中同时运行两个程序会发生冲突，造成系统崩溃。例如在0x1024位置时，进程a写入x=100，进程b写入x=1000，这时候就会出现问题。
2、地址空间扩展。缓解物理内存不足的压力，将硬盘空间作为内存扩展，增加计算机可用的内存量。
8、进程和线程的区别？
线程是CPU调度的最小单位，进程是操作系统资源分配的最小单位。
进程的调度是操作系统内核进行的，切换进程需要进行上下文切换，设计用户态和内核态之间的切换，开销相对较大。线程的调度是在用户程序中完成的，切换线程可以在用户态下快速切换，减少系统调用开销。
通信方式不同。
一个线程挂掉，进程中的全部线程都要挂掉。一个进程挂掉不影响其他进程。
进程拥有自己的内存空间，线程共享进程的内存空间。
9、进程、线程、协程对比？
协程只是一个特殊的函数。
一个进程可以包含多个线程，一个线程可以包含多个协程。
进程的切换者是操作系统，切换时机是根据操作系统自己定义的切换策略来决定的。用户是无感的，进程的切换内容包括页全局目录、内核栈和硬件上下文，切换内容被保存在内存中。进程的切换过程是用户态–内核态–用户态，切换效率低；
线程的切换者是操作系统，切换时机是根据操作系统自己定义的切换策略来决定的，用户是无感的，线程的切换内容包括内核栈和硬件上下文。线程切换内容被保存在内核栈中，线程切换过程是用户态–内核态–用户态；
协程的切换者是用户，切换时机是用户自己的程序决定的。协程的切换内容是硬件上下文，切换内容被保存在自己的变量中，协程的切换过程只有用户态，切换效率高。