操作系统常见知识点

一、请分别简单说一说进程和线程以及它们的区别

  • 进程是具有一定功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源调度和分配的一个独立单位。
  • 线程是进程的实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
  • 一个进程可以有多个线程,多个线程也可以并发执行

二、线程同步的方式有哪些?

  • 互斥量:采用互斥对象机制,只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个,所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。
  • 信号量:它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(信号):通过通知操作的方式来保持多线程同步,还可以方便的实现多线程优先级的比较操作。

三、进程的通信方式有哪些?
主要分为:管道、系统IPC(包括消息队列、信号量、共享存储)、SOCKET
管道主要分为:普通管道PIPE 、流管道(s_pipe)、命名管道(name_pipe)

四、什么是缓冲区溢出?
缓冲区溢出是指当计算机向缓冲区填充数据时超出了缓冲区本身的容量,溢出的数据覆盖在合法数据上。

五、什么是死锁?死锁产生的条件?
在两个或者多个并发进程中,如果每个进程持有某种资源而又等待其它进程释放它或它们现在保持着的资源,在未改变这种状态之前都不能向前推进,称这一组进程产生了死锁。通俗的讲就是两个或多个进程无限期的阻塞、相互等待的一种状态。
死锁产生的四个条件(有一个条件不成立,则不会产生死锁)

  • 互斥条件:一个资源一次只能被一个进程使用
  • 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得资源保持不放
  • 不剥夺条件:进程获得的资源,在未完全使用完之前,不能强行剥夺
  • 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的环形等待资源关系

六、操作系统中进程调度策略有哪几种?
FCFS(先来先服务),优先级,时间片轮转,多级反馈

七、说一说死锁的处理基本策略和常用方法
解决死锁的基本方法如下:
预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁
预防死锁

  • 资源一次性分配:破坏请求和保持条件
  • 可剥夺资源:即当某进程新的资源未满足时,释放已占有的资源(破坏不可剥夺条件)
  • 资源有序分配法:系统给每类资源赋予一个编号,每一个进程按编号递增的顺序请求资源,释放则相反(破坏环路等待条件)

避免死锁

  • 在避免死锁的策略中,允许进程动态地申请资源。因而,系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态,则将资源分配给进程;否则,进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。

检测死锁

解除死锁
当发现有进程死锁后,便应立即把它从死锁状态中解脱出来,常采用的方法有:

  • 剥夺资源:从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程,以解除死锁状态;
  • 撤消进程:可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程,直至有足够的资源可用,死锁状态消除为止;所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。

八、操作系统页面置换算法
1.最佳置换算法(OPT,理想置换算法):从主存中移出永远不再需要的页面;如无这样的页面存在,则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的,或者是在最长时间内不再被访问的页面,这样可以保证获得最低的缺页率。
最佳置换算法可以用来评价其他算法。假定系统为某进程分配了三个物理块,并考虑有以下页面号引用串:
7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1
进程运行时,先将7, 0, 1三个页面依次装入内存。进程要访问页面2时,产生缺页中断,根据最佳置换算法,选择第18次访问才需调入的页面7予以淘汰。然后,访问页面0时,因为已在内存中所以不必产生缺页中断。访问页面3时又会根据最佳置换算法将页面1淘汰……依此类推,如下图所示。从图中可以看出釆用最佳置换算法时的情况。
可以看到,发生缺页中断的次数为9,页面置换的次数为6。


2.先进先出置换算法(FIFO):是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是:当需要淘汰一个页面时,总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰,即先进入主存的页面先淘汰。其理由是:最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。
这里仍用上面的实例,釆用FIFO算法进行页面置换。进程访问页面2时,把最早进入内存的页面7换出。然后访问页面3时,再把2, 0, 1中最先进入内存的页换出。由下图可以看出,利用FIFO算法时进行了 12次页面置换,比最佳置换算法正好多一倍。

FIFO算法还会产生当所分配的物理块数增大而页故障数不减反增的异常现象,这是由 Belady于1969年发现,故称为Belady异常。只有FIFO算法可能出现Belady 异常,而LRU和OPT算法永远不会出现Belady异常。

3.最近最久未使用算法(LRU):这种算法的基本思想是:利用局部性原理,根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面,在最近的将来可能也不会再被访问。所以,这种算法的实质是:当需要淘汰一个页面时,总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。
再对上面的实例釆用LRU算法进行页面置换,如下图所示。进程第一次对页面2访问时,将最近最久未被访问的页面7置换出去。然后访问页面3时,将最近最久未使用的页面1换出。



实际上,LRU算法根据各页以前的情况,是“向前看”的,而最佳置换算法则根据各页以后的使用情况,是“向后看”的。

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