14、操作系統(tǒng)的內存管理機制了解過嗎？都有哪些？

內存管理是操作系統(tǒng)的重要功能之一，負責管理計算機的物理內存，以提供給應用程序使用。內存管理機制通常包括以下幾個方面：

• 內存分配：操作系統(tǒng)需要負責為應用程序分配內存空間，并記錄內存的使用情況。常見的內存分配算法包括首次適應、最佳適應、最壞適應等。
• 內存保護：操作系統(tǒng)需要保護應用程序不受其他程序或操作系統(tǒng)本身的干擾。內存保護機制包括權限管理、虛擬內存等。
• 內存映射：內存映射是將文件映射到內存空間的一種技術，使得應用程序可以直接訪問文件的內容，而不需要通過文件 I/O 操作。這種技術可以提高程序的執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)傳輸速度。
• 內存回收：當應用程序不再使用某個內存塊時，操作系統(tǒng)需要回收這些內存空間，以便重新分配給其他應用程序使用。
• 虛擬內存：虛擬內存是一種將物理內存和硬盤空間結合使用的技術。操作系統(tǒng)可以將一部分物理內存暫時保存到硬盤上，以便給其他應用程序使用，當應用程序再次需要該內存時，操作系統(tǒng)可以將其重新加載到物理內存中。

以上是操作系統(tǒng)內存管理的一些常見機制，不同操作系統(tǒng)實現(xiàn)可能會有所不同。這些機制可以提高計算機系統(tǒng)的內存利用率、執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)傳輸速度，同時也可以提高計算機系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

15、進程有哪些狀態(tài)？

進程是計算機系統(tǒng)中的一個重要概念，可以理解為正在運行的程序的實例。在操作系統(tǒng)中，進程可以處于以下幾種狀態(tài)：

• 新建狀態(tài)（New）：當操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個新進程時，進程處于新建狀態(tài)。
• 就緒狀態(tài)（Ready）：當進程已經(jīng)準備好執(zhí)行，等待系統(tǒng)分配處理器資源時，進程處于就緒狀態(tài)。
• 運行狀態(tài)（Running）：當操作系統(tǒng)分配處理器資源并開始執(zhí)行進程時，進程處于運行狀態(tài)。
• 阻塞狀態(tài)（Blocked）：當進程需要等待某些事件發(fā)生時，例如等待 I/O 操作完成或等待某個信號，進程會進入阻塞狀態(tài)，直到事件發(fā)生才會被重新調度。
• 結束狀態(tài)（Terminated）：當進程完成其任務或被操作系統(tǒng)終止時，進程處于結束狀態(tài)。

這些狀態(tài)描述了一個進程在其生命周期中可能經(jīng)歷的狀態(tài)變化。操作系統(tǒng)通過對進程狀態(tài)的管理和調度，使得多個進程可以共享計算機資源，實現(xiàn)多任務操作系統(tǒng)的功能。

16、你能說說什么是分頁和分段嗎？都有哪些區(qū)別？

分頁是將物理內存劃分成固定大小的頁面（Page），將邏輯地址空間劃分成相同大小的頁（Page）并映射到物理內存中。通過這種方式，可以將邏輯地址空間與物理內存空間分離，使得操作系統(tǒng)可以更加靈活地管理內存。

在分頁機制中，操作系統(tǒng)將內存劃分成相同大小的頁面，通常是4KB或者8KB。當應用程序訪問某個內存地址時，操作系統(tǒng)會將該地址轉換為對應的物理地址，然后訪問該物理地址對應的內存單元。分頁機制的優(yōu)點是管理簡單，適用于內存碎片較多的情況，缺點是由于每個內存塊的大小相同，導致了一些浪費。

分段是將邏輯地址空間劃分成若干個大小不同的段（Segment），每個段都有自己的邏輯地址空間和長度，并且可以按照應用程序的需要進行分配和釋放。分段機制可以更好地反映應用程序的邏輯結構，使得內存使用更加高效。

在分段機制中，每個段都有自己的基地址和長度，當應用程序訪問某個地址時，操作系統(tǒng)會將該地址轉換為對應的物理地址，然后訪問該物理地址對應的內存單元。分段機制的優(yōu)點是更加靈活，適用于內存碎片較少的情況，缺點是管理復雜，容易產(chǎn)生外部碎片。

分頁和分段的主要區(qū)別在于內存管理的單位不同。分頁是按照固定大小的頁面進行管理，而分段是按照應用程序的邏輯結構進行管理。分頁可以更好地控制內存使用，而分段可以更好地反映應用程序的邏輯結構。實際上，現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常會將分頁和分段結合起來使用，以充分發(fā)揮兩種機制的優(yōu)點。

17、什么是交換空間？

交換空間（Swap Space），也叫交換文件（Swap File），是指計算機硬盤中專門用于存放被操作系統(tǒng)交換出來的內存數(shù)據(jù)的空間。當計算機的物理內存不足時，操作系統(tǒng)會將一部分暫時不需要的內存數(shù)據(jù)（如進程占用的內存塊）寫入到交換空間中，以便釋放物理內存供其他進程使用。

交換空間的作用是為了擴展物理內存容量，使得操作系統(tǒng)能夠運行更多的進程。當物理內存不足時，操作系統(tǒng)會將一部分內存數(shù)據(jù)暫時寫入交換空間中，直到需要時再從交換空間中讀取數(shù)據(jù)回到物理內存中。在實際應用中，交換空間的大小通常是物理內存大小的兩倍或三倍，以確保系統(tǒng)能夠正常運行。

盡管交換空間可以擴展物理內存容量，但是過多的交換空間使用也會導致系統(tǒng)性能下降，因為硬盤訪問速度遠慢于內存訪問速度。因此，在設置交換空間時需要權衡物理內存的容量和硬盤空間的使用情況，以達到最佳的系統(tǒng)性能和資源利用效率。

18、硬鏈接和軟鏈接有什么區(qū)別？

硬鏈接和軟鏈接是文件系統(tǒng)中兩種常見的鏈接方式，它們的主要區(qū)別在于：

• 硬鏈接（Hard Link）是指在同一個文件系統(tǒng)內，通過建立一個新的目錄項（也就是另一個文件名），將該文件的文件名和 inode（文件的唯一標識符）都指向同一個物理文件塊，使得這個文件有了多個文件名，這些文件名指向同一個物理文件。當刪除某個硬鏈接時，只是刪除了目錄項，而不會影響其他的硬鏈接和文件本身。因為多個文件名都指向同一個物理文件，所以修改其中任意一個文件名所代表的文件內容，其他文件名所代表的文件內容也會跟著修改。
• 軟鏈接（Symbolic Link），也稱為符號鏈接，是指在文件系統(tǒng)中建立一個新的文件，這個文件實際上只是一個指向另一個文件的指針，類似于快捷方式。軟鏈接的文件名和 inode 號不同于被鏈接文件，它只是包含了指向被鏈接文件的路徑信息。軟鏈接可以跨越不同的文件系統(tǒng)，因此即使被鏈接的文件被刪除，軟鏈接仍然存在，但是指向的文件不存在了。

總的來說，硬鏈接創(chuàng)建的鏈接文件名和被鏈接的原始文件名的 inode 號是相同的，而軟鏈接則是創(chuàng)建了一個新的文件，這個文件只包含指向被鏈接文件的路徑信息。因此，硬鏈接不能跨越不同的文件系統(tǒng)，而軟鏈接可以跨越不同的文件系統(tǒng)。另外，刪除硬鏈接并不會刪除原始文件，而刪除軟鏈接則可能導致被鏈接的原始文件無法訪問。

19、中斷的處理過程？

中斷是計算機硬件或軟件發(fā)生某些異常情況時的一種機制，它可以使 CPU 從當前正在執(zhí)行的程序中斷轉到處理中斷的程序中，以處理特殊事件或錯誤。

中斷的處理過程一般包括以下幾個步驟：

• 中斷發(fā)生。當計算機硬件或軟件發(fā)生異常情況時，會向 CPU 發(fā)送一個中斷請求（Interrupt Request，IRQ）信號，以請求 CPU 執(zhí)行相應的中斷處理程序。
• 中斷響應。CPU 接收到中斷請求信號后，會立即停止當前正在執(zhí)行的程序，并保存相關的寄存器和程序計數(shù)器等狀態(tài)信息，以便稍后能夠回到原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。同時，CPU 會根據(jù)中斷向量表（Interrupt Vector Table，IVT）中的中斷號找到對應的中斷處理程序的入口地址，并跳轉到該地址開始執(zhí)行中斷處理程序。
• 中斷處理。中斷處理程序根據(jù)中斷類型和具體情況執(zhí)行相應的操作，如讀取設備數(shù)據(jù)、保存進程狀態(tài)、打印錯誤信息等。在中斷處理過程中，CPU 會保持特權級別不變，以便能夠訪問操作系統(tǒng)的內核空間和執(zhí)行特權指令。
• 中斷結束。中斷處理程序執(zhí)行完畢后，CPU 會恢復保存的狀態(tài)信息，并根據(jù)保存的程序計數(shù)器等信息返回到原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。此時，CPU 會重新進入用戶模式，并繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。

需要注意的是，不同類型的中斷處理程序可能具有不同的優(yōu)先級和響應時間要求。例如，緊急的硬件故障中斷可能需要立即響應并處理，而一般的輸入輸出中斷則可以稍后處理。因此，操作系統(tǒng)需要對不同類型的中斷進行分類和優(yōu)先級排序，以便能夠高效地響應和處理中斷請求。

20、中斷和輪詢有什么區(qū)別？

中斷和輪詢都是計算機處理輸入輸出設備的兩種基本方式，它們的區(qū)別主要在于處理方式和效率上的不同。

中斷是一種異步的處理方式，當輸入輸出設備有數(shù)據(jù)準備好或者發(fā)生異常情況時，設備會向處理器發(fā)送中斷請求信號，以請求處理器執(zhí)行相應的中斷處理程序。中斷處理程序會立即響應，對設備數(shù)據(jù)進行處理或者處理異常情況。中斷處理程序的執(zhí)行是由硬件中斷控制器控制的，處理器不需要不斷地檢查設備狀態(tài)，因此具有較低的處理器占用率和較高的響應速度。

輪詢是一種同步的處理方式，處理器會不斷地查詢設備的狀態(tài)，以確定設備是否有數(shù)據(jù)準備好或者發(fā)生了異常情況。如果設備有數(shù)據(jù)準備好或者發(fā)生了異常情況，處理器會立即對設備數(shù)據(jù)進行處理或者處理異常情況。輪詢的處理方式需要不斷地檢查設備狀態(tài)，因此具有較高的處理器占用率和較低的響應速度。

總的來說，中斷和輪詢都可以用來處理輸入輸出設備的數(shù)據(jù)，但中斷處理方式具有較高的響應速度和較低的處理器占用率，適合于處理需要實時響應的任務；而輪詢處理方式具有較低的響應速度和較高的處理器占用率，適合于處理較為簡單的任務和對響應速度要求不高的任務。

21、你能說說孤兒進程，僵尸進程，守護進程嗎？

• 孤兒進程（Orphan Process）

孤兒進程是指其父進程已經(jīng)終止或者異常退出，而該進程還在運行。孤兒進程由于沒有父進程來對其進行管理和回收，因此會被操作系統(tǒng)的init進程接管，成為init進程的子進程，init進程負責對其進行回收和管理。孤兒進程不會對系統(tǒng)造成太大的負擔，但會占用系統(tǒng)資源，因此及時回收孤兒進程是良好的進程管理習慣。

• 僵尸進程（Zombie Process）

僵尸進程是指其已經(jīng)執(zhí)行完畢，但其父進程還沒有對其進行回收，仍然占用系統(tǒng)資源。僵尸進程對系統(tǒng)造成的負擔不大，但如果存在大量僵尸進程，會占用過多的系統(tǒng)資源，導致系統(tǒng)負載過高。操作系統(tǒng)會自動對已經(jīng)執(zhí)行完畢的進程進行回收，但如果父進程沒有及時對其進行回收，就會產(chǎn)生僵尸進程。

• 守護進程（Daemon Process）

守護進程是一種在后臺運行的進程，通常用于完成一些系統(tǒng)級別的任務，如系統(tǒng)服務的啟動和管理、日志文件的維護等。守護進程通常在系統(tǒng)啟動時啟動，會常駐在內存中并且不會接收終端輸入。守護進程不會受到終端關閉、退出等事件的影響，其生命周期通常由操作系統(tǒng)管理。守護進程通常需要以root權限運行，因為它們需要對系統(tǒng)資源進行操作。

總的來說，孤兒進程、僵尸進程和守護進程都是進程的一種狀態(tài)，它們在操作系統(tǒng)中扮演不同的角色和任務。及時回收孤兒進程和僵尸進程是保持系統(tǒng)穩(wěn)定和高效運行的必要措施，而守護進程則是完成系統(tǒng)級別任務的重要方式。

22、微內核和宏內核有什么區(qū)別？

微內核和宏內核是操作系統(tǒng)內核的兩種設計范式，它們有以下區(qū)別：

• 架構設計

宏內核采用集成式的設計思路，將操作系統(tǒng)的所有功能都放在內核中實現(xiàn)，包括進程管理、內存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議棧等，因此內核體積龐大、復雜度高。而微內核則采用最小化的內核設計思路，只將最基本的功能放在內核中實現(xiàn)，其他功能則通過進程間通信（IPC）的方式在用戶空間中實現(xiàn)，從而使得內核體積更小、復雜度更低。

• 系統(tǒng)穩(wěn)定性

宏內核由于內核功能過于龐大，所以內核本身的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。而微內核將大部分功能放在用戶空間中，當某個服務進程崩潰時，只會影響該服務進程本身，不會對整個系統(tǒng)造成災難性后果，從而提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 系統(tǒng)性能

宏內核將大量的功能都實現(xiàn)在內核中，因此系統(tǒng)的性能相對微內核來說要更高一些，特別是在對于頻繁的內核調用和對性能要求較高的場景下。而微內核由于采用了進程間通信機制，因此在某些場景下會因為通信的開銷而影響系統(tǒng)性能。

• 系統(tǒng)可定制性

由于微內核只實現(xiàn)了最基本的功能，因此系統(tǒng)的可定制性更強。用戶可以根據(jù)需要添加、刪除或替換服務進程，以滿足不同的應用需求。而宏內核的設計思路則限制了系統(tǒng)的可定制性，因為宏內核包含了大量的功能模塊，要修改或替換其中的某一個模塊通常需要對整個內核進行重新編譯和部署。

總的來說，微內核和宏內核是兩種不同的操作系統(tǒng)內核設計思路，它們都有自己的優(yōu)缺點。在實際應用中，應根據(jù)具體的場景和需求選擇合適的內核設計思路。