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6.12 操作系统面试题进程管理

news 来源：原创 2025/6/13 6:41:06

用户态和内核态的区别？

主要区别在于权限和可执行的操作

内核态：CPU可以执行所有的指令和访问所有的硬件资源。内存管理、进程管理、设备驱动程序管理、系统调用等。
用户态：CPU只能执行部分指令集，无法直接访问硬件资源。
安全性：避免恶意程序对系统资源进行破坏
稳定性：用户态程序出问题不会影响系统
隔离性：使得操作系统内核与用户程序之间有了明确的边界，有利于系统的模块化和维护。

线程、进程和协程的区别是什么？

进程：进程是操作系统资源分配的基本单位，有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；进程中的子进程崩溃，并不会影响其他进程。系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；进程间通信需要通过特定的机制，如管道、消息队列、信号量等。稳定性、安全性较高，上下文切换开销大。
线程：线程是任务调度和执行的基本单位，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。某个线程如果崩溃了，可能会导致整个进程都崩溃。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。存在数据竞争和线程安全的问题，需要通过同步和互斥机制来解决。
协程：一种用户态的轻量级线程，其调度完全由用户程序控制，而不需要内核的参与。拥有自己的寄存器上下文和栈，但与其他协程共享堆内存。协程需要程序员显式地进行调度和管理，相对于线程和进程来说，其编程模型更为复杂。

#为什么进程崩溃不会对其他进程产生很大影响

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你说到进程是分配资源的基本单位，那么这个资源指的是什么？

CPU 时间、内存、I/O 设备、文件句柄、网络资源等多种资源的分配与管理。

讲下为什么进程之下还要设计线程？

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多线程比单线程的优势，劣势？

优势：提高程序的运行效率，可以充分利用多核处理器的资源，同时处理多个任务，加快程序的执行速度。
劣势：存在多线程数据竞争访问的问题，需要通过锁机制来保证线程安全，增加了加锁的开销，并且还会有死锁的风险。多线程会消耗更多系统资源，如CPU和内存，因为每个线程都需要占用一定的内存和处理时间。

多线程是不是越多越好，太多会有什么问题？

不一定越多越好
线程的创建和切换会消耗系统资源，包括内存和CPU。如果创建太多线程，会占用大量的系统资源，导致系统负载过高，某个线程崩溃后，可能会导致进程崩溃。
过多的线程可能会导致竞争条件和死锁。竞争条件指的是多个线程同时访问和修改共享资源，如果没有合适的同步机制，可能会导致数据不一致或错误的结果。

进程切换和线程切换的区别？

进程切换涉及到更多的内容，包括整个进程的地址空间、全局变量、文件描述符等。
线程切换只涉及到线程的堆栈、寄存器和程序计数器等，不涉及进程级别的资源。

线程切换详细过程是怎么样的？上下文保存在哪里？

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进程的状态（五种状态），如何切换？

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运行状态 -> 就绪状态：处于运行状态的进程在运行过程中，由于分配给它的运行时间片用完，操作系统会把该进程变为就绪态，接着从就绪态选中另外一个进程运行；
运行状态 -> 阻塞状态：当进程请求某个事件且必须等待时，例如请求 I/O 事件；
阻塞状态 -> 就绪状态：当进程要等待的事件完成时，它从阻塞状态变到就绪状态；

进程上下文有哪些？

任务是交给 CPU 运行的，那么在每个任务运行前，CPU 需要知道任务从哪里加载，又从哪里开始运行。
操作系统需要事先帮 CPU 设置好 CPU 寄存器和程序计数器。
CPU 寄存器是 CPU 内部一个容量小，但是速度极快的内存（缓存）。
程序计数器则是用来存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。
CPU 上下文切换就是先把前一个任务的 CPU 上下文（CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置。
所谓的「任务」，主要包含进程、线程和中断。所以，可以根据任务的不同，把 CPU 上下文切换分成：进程上下文切换、线程上下文切换和中断上下文切换。
进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。

进程间通讯有哪些方式？

管道：通信的数据是无格式的流并且大小受限，通信的方式是单向的。匿名管道是只能用于存在父子关系的进程间通信。进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据时候自然也是从内核中获取，同时通信数据都遵循先进先出原则。
消息队列：每次数据的写入和读取都需要经过用户态与内核态之间的拷贝过程。
共享内存：直接分配一个共享空间，每个进程都可以直接访问。多进程竞争同个共享资源会造成数据的错乱。
信号：三种方式响应信号 1. 执行默认操作、2. 捕捉信号、3. 忽略信号。
信号量：信号量不仅可以实现访问的互斥性，还可以实现进程间的同步，PV操作
socket：要与不同主机的进程间通信，那么就需要 Socket 通信了。TCP UDP

共享内存怎么实现的？

共享内存的机制，就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。

线程间通讯有什么方式？

互斥锁
条件变量：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使“条件成立”。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量。
自旋锁：自旋锁通过 CPU 提供的 CAS 函数（Compare And Swap），在「用户态」完成加锁和解锁操作，不会主动产生线程上下文切换，所以相比互斥锁来说，会快一些，开销也小一些。第一步，查看锁的状态，如果锁是空闲的，则执行第二步；第二步，将锁设置为当前线程持有；使用自旋锁的时候，当发生多线程竞争锁的情况，加锁失败的线程会「忙等待」，直到它拿到锁。原子指令，这样就保证了这两个步骤是不可分割的。
信号量：信号量表示资源的数量，两个原子操作的系统调用函数来控制信号量的PV
读写锁：读写锁适用于能明确区分读操作和写操作的场景，读写锁在读多写少的场景，能发挥出优势。