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操作系統面試題準備
就只準備了進(jìn)程線(xiàn)程之類(lèi)的，再深了一時(shí)半會(huì )也搞不定了。
1.進(jìn)程
現在操作系統的特點(diǎn)：保證安全前提下，程序并發(fā)執行，以及系統所擁有的資源被共享和用戶(hù)隨機使用系統。
進(jìn)程是一個(gè)程序對某個(gè)數據集的執行過(guò)程，是分配資源的基本單位。
進(jìn)程的靜態(tài)描述有：進(jìn)程由三部分組成：程序，數據集合和進(jìn)程控制塊(pCB)。
程序表示要完成的功能，數據集合表示程序運行時(shí)的數據部分和工作區。這二者是進(jìn)程的物質(zhì)基礎。
如果一個(gè)程序是多進(jìn)程同時(shí)共享執行，則為不可修改的部分，表現為純碼的形式，數據集合為為一個(gè)進(jìn)程獨用，為可以修改部分。
pCB進(jìn)程控制塊，表示了進(jìn)程的描述信息、控制信息和資源信息，是進(jìn)程動(dòng)態(tài)特性的集中反應。是系統感知進(jìn)程的唯一實(shí)體，一個(gè)進(jìn)程的pCB全部或者部分常駐內存。
pCB包含的控制信息中有進(jìn)程的當前狀態(tài)。
進(jìn)程的的狀態(tài)只有五種狀態(tài)：初始態(tài)，就緒態(tài)，執行態(tài)，等待狀態(tài)和終止狀態(tài)。
運行：進(jìn)程已經(jīng)分配到處理機，程序正由處理機執行。
等待：進(jìn)程因為等待某一事件而暫時(shí)不能運行的狀態(tài)。
就緒：進(jìn)程已具備執行條件，但是因為處理機已由其他進(jìn)程占用，所以暫時(shí)不能執行而等待分配處理機。
互斥和同步
互斥：一組并發(fā)進(jìn)程中的一個(gè)或者多個(gè)程序段，因共享某一公有資源而導致它們必須以一個(gè)不允許交叉執行的單位執行。不允許兩個(gè)及以上的共享該資源的并發(fā)進(jìn)程同時(shí)進(jìn)入臨界區。
臨界區：不允許多個(gè)并發(fā)進(jìn)程交叉執行的一段程序稱(chēng)為臨界區。
1、臨界區的鎖操作方法：給每個(gè)臨界區設置一把鎖，有兩個(gè)狀態(tài)，打開(kāi)或者關(guān)閉。步驟如下：關(guān)鎖操作，如果鎖開(kāi)著(zhù)就關(guān)閉，如果鎖關(guān)閉則等待打開(kāi);執行臨界區程序;開(kāi)鎖操作，將鎖打開(kāi)，退出臨界區。某個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區會(huì )檢測鎖是否打開(kāi)，如果關(guān)閉則等待打開(kāi)。
上鎖實(shí)現互斥，缺點(diǎn)：影響系統可靠性和效率，比如多并發(fā)，每個(gè)進(jìn)程都要測試臨界區鎖狀態(tài)，開(kāi)銷(xiāo)很大。存在cpu浪費和不公平現象。
2、“信號量”
信號量，sem為與臨界區內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(jìn)程并發(fā)時(shí)，和上鎖不一樣，如果無(wú)法使用臨界區，不是再次檢測，而是進(jìn)入等待隊列。sem>=0,表示可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數;sem<0,等待使用臨界區的進(jìn)程數。
p:(1)sem=sem-1(2)sem>=0,p返回，進(jìn)程繼續執行(3)sem<0，進(jìn)程被阻塞后與該信號相對應的隊列中。
V：(1)sem=sem+1(2)sem>0，V停止執行，進(jìn)程返回調用處，繼續執行(3)sem<=0,從該信號的隊列中喚醒一等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續執行或轉進(jìn)程調度。
pV操作對于每一個(gè)進(jìn)程來(lái)說(shuō)，都只能進(jìn)行一次，而且必須成對使用。在pV原語(yǔ)執行期間不允許有中斷的發(fā)生。
pV實(shí)現互斥：(1)sem初始值為1(2)進(jìn)程p1進(jìn)入臨界區，執行p操作，sem=0，進(jìn)程進(jìn)入臨界區執行(3)進(jìn)程p2進(jìn)入臨界區，執行p操作，sem=-1，p2被阻塞，進(jìn)入信號對應等待隊列(4)p1執行V操縱，sem=0，喚醒p2進(jìn)入就緒隊列，進(jìn)行調度，進(jìn)入臨界區(5)p2執行V操作，sem=1，恢復初始狀態(tài)。
同步：把異步環(huán)境下的一組并發(fā)進(jìn)程，因直接制約而互相發(fā)送消息而進(jìn)行互相合作、互相等待，使得各進(jìn)程按一定的速度執行的過(guò)程稱(chēng)為進(jìn)程間的同步。
3.進(jìn)程，線(xiàn)程，作業(yè)，程序。
作業(yè)：是用戶(hù)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(jìn)程：是一個(gè)程序對某個(gè)數據集的執行過(guò)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(shí)間上嚴格得按照前后次序相機地進(jìn)行計算機操作序列集合，是一個(gè)靜態(tài)的概念。
線(xiàn)程：是在進(jìn)程內調度和占有處理機的基本單位。由于線(xiàn)程比進(jìn)程更小，基本上不擁有系統資源，故對它的調度所付出的開(kāi)銷(xiāo)就會(huì )小得多，能更高效的提高系統內多個(gè)程序間并發(fā)執行的程度。
進(jìn)程和程序：
進(jìn)程是程序的一次運行活動(dòng)，是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)指令;
一個(gè)進(jìn)程可以執行一個(gè)或者多個(gè)程序，同一程序也可由多個(gè)進(jìn)程執行;
程序作為資源長(cháng)期保留，進(jìn)程則是執行過(guò)程，是暫時(shí)的。
進(jìn)程和線(xiàn)程：
進(jìn)程是資源管理的基本單位;線(xiàn)程是處理機調度的基本單位。
以進(jìn)程為單位進(jìn)行處理機切換和調度，切換時(shí)間長(cháng)，資源利用率低;線(xiàn)程為單位，不發(fā)生資源變化，切換實(shí)踐短，效率高。
進(jìn)程和作業(yè)：
4.哲學(xué)家就餐：
有五個(gè)哲學(xué)家圍坐在一圓桌旁，桌中央有一盤(pán)通心粉，每人面前有一只空盤(pán)子，每?jì)扇酥g放一只筷子每個(gè)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(gè)哲學(xué)家必須拿到兩只筷子，并且每個(gè)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(huì )出現兩個(gè)鄰座同時(shí)要求吃飯
思路：鄰座使用筷子時(shí)的進(jìn)程互斥，使用信號量。設定五個(gè)信號量，初始為1，表示對應編號的筷子，有人使用，信號量執行p操作，鄰座需要使用筷子時(shí)，對兩側的筷子均執行p操作，進(jìn)入等待隊列。吃完后，執行V操作，鄰座進(jìn)入就緒狀態(tài)，可以開(kāi)始就餐。
會(huì )出現問(wèn)題，就是每人都拿一個(gè)筷子，誰(shuí)也吃不上的死鎖。
(2)既沒(méi)有兩鄰座同時(shí)吃飯又沒(méi)人餓死
思路：奇數號的哲學(xué)家先取右手的筷子，偶數號的先取左手的。然后還是使用信號量實(shí)現互斥。
5.死鎖
若干進(jìn)程競爭使用資源，如果每個(gè)進(jìn)程都占有了一定資源，又申請使用已被另一進(jìn)程占用且不能搶占的資源，則所有的進(jìn)程將紛紛進(jìn)入等待狀態(tài)，不能繼續運行。這種情況叫做死鎖。
產(chǎn)生死鎖的原因主要是：(1) 因為系統資源不足。(2) 進(jìn)程運行推進(jìn)的順序不合適。(3)資源分配不當等。根本原因在于系統提供的資源數小于并發(fā)進(jìn)程所要求的該類(lèi)資源數。
產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件：(1) 互斥條件：一個(gè)資源每次只能被一個(gè)進(jìn)程使用。(2)部分分配：進(jìn)程每次申請它所需要的一部分資源，在等待新資源的同時(shí)，繼續占用已分配到的資源。(3)不剝奪條件:進(jìn)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(jìn)程循環(huán)鏈，鏈中每個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被下一個(gè)進(jìn)程所請求。
解決死鎖：
預防：采用策略，是的四個(gè)必要條件在系統執行的任何時(shí)間均不滿(mǎn)足。
避免：動(dòng)態(tài)分配資源，避免死鎖。
恢復：檢測死鎖的位置和原因，通過(guò)外力破壞死鎖發(fā)生的必要條件。
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