面试复习（操作系统）

用户态和内核态

• 什么时候从用户态转为内核态
  • 程序在用户态执行时，当需要进行系统调用的时候，或者遇到异常，或者外围设备引发的中断，如文件读取与写入，程序报错，键盘输入，网络操作等行为时，程序会从用户态转为内核态，直到执行此行为结束时，再返回用户态
• 为什么要转至内核态
  • 通过限制用户态的权利，使得有限的系统资源能够受到系统的控制与管理，由系统进行资源的分配
• 用户态和内核态的切换原理
  • 实质上就是中断，保存当前用户态的所有寄存器信息等，然后将代码指针指向中断处理程序

进程和线程

• 区别
  • 进程是相对于操作系统的最小单位，每个进程都有唯一一个 PID 与之对应，每个进程都有独立的内存空间，代码段，数据段。进程之间相互独立且不会相互影响，一个进程可以包含多个线程。CPU在多个进程之间切换时会带来较大的开销。进程可以由CPU单独启动
  • 线程是相对于处理器的最小单位，单个CPU只能同时处理一个线程，相同进程的线程之间共用内存空间，共用代码段和数据段，线程不可以单独执行，线程没有 PID 用于区别，线程出现错误或者异常时会影响此进程内的所有线程，CPU在同一个进程的线程内切换所带来的开销相对较小
• 进程之间的通信
  • 管道（无名和有名管道）
  • 消息队列
  • 共享内存
    • 不同的进程可以同时将同一个内存页面映射到自己的地址空间中
  • 信号
  • 套接口（网络）
• 线程之间的通信
  • 锁机制（互斥锁、读写锁）
  • wait 和 notify
  • violate
• 进程切换代价
  • 切换页目录
  • 切换内核栈
  • 切换上下文
• 线程切换代价
  • 切换内核栈
  • 切换上下文

内存

• 内存寻址是如何实现的
  • 段页式，程序进行分段，包括代码段，数据段等等，每一段再分页，并由 MMU 保存页表
  • MMU 通过页表将逻辑地址转为物理地址

缓存

• 缓存列
  • 每次计算机读取数据放入缓存的单位长度

文件系统

• iNode 结构
  • 文件树结构保存了一个目录的子文件/目录的名称以及对应的 iNode 号码
  • 需要访问文件内容时，需要通过 iNode 号码来获取文件的详细信息
  • iNode 不包含文件名信息，指包含文件的 “元信息”

中断