【Java实习生】每日面试题打卡—

临近秋招，备战暑期实习，祝大家每天进步亿点点！Day15
本篇总结的是 操作系统 相关的面试题，后续会每日更新~

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1、请分别简单说一说进程和线程以及它们的区别?

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是任务调度和执行的基本单位。
包含关系：一个进程最少由一条线程组成。
所处环境区别：在操作系统中能同时运行多个进程（程序）；而在同一个进程中有多个线程同时执行（通过CPU调度，在每个时间片中只有一个线程执行）。
内存分配：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；而对线程而言，除了CPU外，系统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自其所属进程的资源），线程组之间只能共享资源。

2、进程间的通信方式有哪些？

管道：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
命名管道FIFO：未命名的管道只能在两个相关的进程之间通信，通过命名管道FIFO，不相关的进程也能交换数据。
消息队列：
- 消息队列是消息的链表，具有特定的格式，存放在内存中并由消息队列标识符标识。
- 消息队列允许一个或多个进程向它写入与读取消息。
- 管道和命名管道的通信数据都是先进先出原则，消息队列可以实现消息的随机查询，消息不一定要以先进先出的次序读取，也可以按消息的类型读取，比FIFO更有优势。
共享内存：共享内存是允许一个或多个进程共享的一块内存区域。
信号量：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。通常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。

3、线程同步的方式有哪些？

互斥量 Synchronized/Lock：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 Semphare：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)，Wait/Notify：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

4、进程的状态及其转换

进程的状态有：就绪状态、运行状态、阻塞状态。

进程状态间的转换关系为：

5、Java线程的状态

Java 线程有以下几个状态：

新建状态（New）
就绪状态（Runnable）
运行状态（Running）
阻塞状态（Blocked）：
- 等待阻塞
- 同步阻塞
- 其他阻塞
死亡状态（Dead）

6、进程的调度算法有哪些？

先来先服务算法
短作业优先算法
优先权调度算法
时间片轮转调度算法

参考文章：几个常用的操作系统进程调度算法

7、死锁产生的原因，死锁产生的必要条件是什么，如何预防死锁，如何避免死锁？

**死锁产生的原因：**资源竞争、进程推进顺序不当。

死锁产生的四个必要条件：

互斥：某个资源一次只允许一个进程访问，即该资源一旦分配给某个进程，其他进程就不能再访问了，直到该进程访问结束。
不可剥夺：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行剥夺，只能由获得该资源使用权的进程释放资源。
占有且等待：一个进程请求某个资源并将其占有，即使该进程被阻塞了，也不会释放占有的资源。
循环等待：若干进程之间形成一种头尾相接的环形循环等待链。

**预防死锁：**破坏产生死锁的四个必要条件之一即可。

死锁的解除：

强制性地从系统中撤销一个或多个死锁的进程以断开循环等待链。
强制性抢占死锁进程正在争取的资源以解除死锁。

8、进程、线程的上下文切换

进程上下文切换：

一个进程切换到另一个进程运行，称为进程的上下文切换。进程是由内核管理和调度的，所以进程的切换只能发生在内核态。

线程上下文切换：

多线程编程中一般线程的个数都大于CPU核心的个数。

但一个线程时间片用完后，会重新处于就绪状态并让给其他线程使用，这个过程属于一次上下文切换。

概括：当前任务在执行完CPU时间片切换到另一个任务前会保存自己的状态，以便下一次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。

9、操作系统的内存管理机制了解吗？内存管理有哪⼏种⽅式?

块式管理：远古时代的计算机操系统的内存管理⽅式。将内存分为⼏个固定⼤⼩的块，每个块中只包含⼀个进程。如果程序运⾏需要内存的话，操作系统就分配给它⼀块，如果程序运⾏只需要很⼩的空间的话，分配的这块内存很⼤⼀部分⼏乎被浪费了。这些在每个块中未被利⽤的空间，我们称之为碎⽚。
⻚式管理：把主存分为⼤⼩相等且固定的⼀⻚⼀⻚的形式，⻚᫾⼩，相对相⽐于块式管理的划分⼒度更⼤，提⾼了内存利⽤率，减少了碎⽚。⻚式管理通过⻚表对应逻辑地址和物理地址。
段式管理：⻚式管理虽然提⾼了内存利⽤率，但是⻚式管理其中的⻚实际并⽆任何实际意义。段式管理把主存分为⼀段段的，每⼀段的空间⼜要⽐⼀⻚的空间⼩很多。但是，最重要的是段是有实际意义的，每个段定义了⼀组逻辑信息，例如,有主程序段 MAIN、⼦程序段 X、数据段 D 及栈段 S 等。段式管理通过段表对应逻辑地址和物理地址。

10、 CPU 寻址了解吗?为什么需要虚拟地址空间?

处理器使⽤的是⼀种称为虚拟寻址的寻址⽅式。使⽤虚拟寻址，CPU 需要将虚拟地址翻译成物理地址，这样才能访问到真实的物理内存。实际上完成虚拟地址转换为物理地址转换的硬件是 CPU 中含有⼀个被称为内存管理单元 的硬件。

11、什么是用户态和核心态？

在计算机系统中，分两种程序：系统程序和应用程序，为了保证系统程序不被应用程序有意或无意地破坏，为计算机设置了两种状态——用户态、核心态。

用户态：只能受限的访问内存，运行所有的应用程序。
核心态：运行操作系统程序，CPU 可以访问内存的所有数据，包括外围设备。

12、操作系统内存管理方式，分页分段以及段页式的优缺点？

内存管理方式：块式管理、页式管理、段式管理、段页式管理。

分段管理：

在段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干段（segment），如代码段，数据段，堆栈段；这样每个进程有一个二维地址空间，相互独立，互不干扰。段式管理的优点是：没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如4k的段换5k的段，会产生1k的外碎片）。

分页管理：

在页式存储管理中，将程序的逻辑地址划分为固定大小的页（page），而物理内存划分为同样大小的页框，程序加载时，可以将任意一页放入内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分离。页式存储管理的优点是：没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）。

段页式管理：

段⻚式管理机制结合了段式管理和⻚式管理的优点。简单来说段⻚式管理机制就是把主存先分成若⼲段，每个段⼜分成若⼲⻚，也就是说段⻚式管理机制中段与段之间以及段的内部的都是离散的。

13、讲一讲操作系统的I/O模型？什么是I/O多路复用？

I/O请求有两个阶段：

等待资源阶段：I/O请求一般需要请求特殊的资源（如磁盘、RAM、文件），当资源被上一个使用者使用没有被释放时，IO请求就会被阻塞，直到能够使用这个资源。
使用资源阶段：真正进行数据接收和发送。

在等待数据阶段，I/O分为阻塞I/O 模型和非阻塞I/O 模型：

阻塞I/O 模型：资源不可用时，I/O请求一直阻塞，直到反馈结果（有数据或超时）。
非阻塞I/O 模型：资源不可用时，I/O请求不会被阻塞，直接返回数据标识资源不可用。但是进程会不停的去轮询检测资源是否可用。

在使用资源阶段，I/O分为同步I/O 模型和异步I/O 模型。

同步I/O 模型：应用阻塞在发送或接收数据的状态，直到数据成功传输或返回失败结果。
异步I/O 模型：应用发送或接收数据后立刻返回，数据写入操作系统缓存，由操作系统完成数据发送或接收，并返回成功或失败的信息给应用。

I/O多路复用（I/O复用模型）：

I/O 多路复用可以同时阻塞多个I/O操作，而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写。

正因为阻塞I/O只能阻塞一个I/O操作，而I/O复用模型能够阻塞多个I/O操作，所以才叫做多路复用。

14、什么是生产者消费者模型？

对于生产者：

在操作系统中，生产者生产一条数据，首先查看缓冲区能否放入数据，有没有空的位置，如果有往下执行，否则说明缓冲区全满了，消费者还没有及时的来消费数据。这时候生产者会进入阻塞等待（会唤醒消费者去消费数据）。
同样的，假设多个生产者都已经申请到执行权时，此时只能有一个生产者可以进入生产状态，所以其他几个生产者又要被阻塞一次。

对于消费者：