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6.15 操作系统面试题锁内存管理

news 来源：原创 2025/6/16 13:22:23

自旋锁

自旋锁加锁失败后，线程会忙等待，直到它拿到锁。
需要注意，在单核 CPU 上，需要抢占式的调度器（即不断通过时钟中断一个线程，运行其他线程）。否则，自旋锁在单 CPU 上无法使用，因为一个自旋的线程永远不会放弃 CPU。
当加锁失败时，互斥锁用「线程切换」来应对，自旋锁则用「忙等待」来应对。
如果你能确定被锁住的代码执行时间很短，就不应该用互斥锁，而应该选用自旋锁，否则使用互斥锁。

死锁发生条件是什么？

互斥条件
持有并等待
不可剥夺条件
环路等待
资源有序分配法

银行家算法

银行家算法是最有代表性的避免死锁的算法。
在这里插入图片描述
分配给进程资源前，首先判断这个进程的安全性，也就是预执行，判断分配后是否产生死锁现象。通过不断检查剩余可用资源是否满足某个进程的最大需求，如果可以则加入安全序列，并把该进程当前持有的资源回收；不断重复这个过程，看最后能否实现让所有进程都加入安全序列。

介绍一下操作系统内存管理

操作系统设计了虚拟内存，每个进程都有自己的独立的虚拟内存，我们所写的程序不会直接与物理内打交道。
分页是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小。
虚拟地址与物理地址之间通过页表来映射。
页表是存储在内存里的，内存管理单元（MMU）就做将虚拟内存地址转换成物理地址的工作。
访问的虚拟地址在页表中查不到时，系统会产生一个缺页异常，进入系统内核空间分配物理内存、更新进程页表，最后再返回用户空间，恢复进程的运行。
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分页不会有外部碎片，但会有内部碎片
页号+偏移量

讲一下段表？

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虚拟地址也可以通过段表与物理地址进行映射的，分段机制会把程序的虚拟地址分成 4 个段，每个段在段表中有一个项，在这一项找到段的基地址，再加上偏移量。

虚拟地址是怎么转化到物理地址的？

在虚拟地址转换的过程中，通常会使用页表（Page Table）来进行映射。当程序访问一个虚拟地址时，MMU会将虚拟地址分解为页号和页内偏移量。

程序的内存布局是怎么样的？

在这里插入图片描述

代码段，包括二进制可执行代码；
数据段，包括已初始化的静态常量和全局变量；
BSS 段，包括未初始化的静态变量和全局变量；
堆段，包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长；
文件映射段，包括动态库、共享内存等；
栈段，包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的，一般是 8 MB。

堆和栈的区别？

堆是动态分配内存，由程序员手动申请和释放内存，通常用于存储动态数据结构和对象。如果管理不当可能会导致内存泄漏或内存溢出。堆通常比栈大，内存空间较大，动态分配和释放内存需要时间开销。
栈是静态分配内存，由编译器自动分配和释放内存，用于存储函数的局部变量和函数调用信息。遵循后进先出的原则，变量的生命周期由其作用域决定，函数调用时分配内存，函数返回时释放内存。栈大小有限，通常比较小，内存分配和释放速度较快，因为是编译器自动管理。

fork()会复制哪些东西？

fork 阶段会复制父进程的页表（虚拟内存）
fork 之后，如果发生了写时复制，就会复制物理内存
当父进程或者子进程在向这个内存发起写操作时，CPU 就会触发写保护中断，这个写保护中断是由于违反权限导致的，然后操作系统会在「写保护中断处理函数」里进行物理内存的复制，并重新设置其内存映射关系，将父子进程的内存读写权限设置为可读写，最后才会对内存进行写操作。