蒋豆芽的面试题专栏（17/操作系统之锁与IO模型）

1. 简述互斥锁的机制，互斥锁与读写的区别？⭐⭐⭐⭐⭐

2. 简述自旋锁和互斥锁的使用场景⭐⭐⭐⭐⭐

3. 公平锁与非公平锁⭐⭐⭐⭐⭐

4. 死锁与活锁⭐⭐⭐⭐⭐

5. 说说sleep和wait的区别？⭐⭐⭐

6. 请介绍一下5种IO模型⭐⭐⭐⭐⭐

7. 简述同步与异步的区别，阻塞与非阻塞的区别？⭐⭐⭐⭐⭐

8. BIO、NIO有什么区别？⭐⭐⭐⭐⭐

9. 说说多路IO复用技术有哪些，区别是什么？⭐⭐⭐⭐⭐

10. 说说epoll的原理⭐⭐⭐⭐⭐

11. 简述epoll和select的区别，epoll为什么高效？⭐⭐⭐⭐⭐

12. epoll水平触发与边缘触发的区别？⭐⭐⭐⭐⭐

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1. 简述互斥锁的机制，互斥锁与读写的区别？⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 互斥锁机制：mutex，用于保证在任何时刻，都只能有一个线程访问该对象。当获取锁操作失败时，线程会进入阻塞，等待锁释放。

   2. 互斥锁和读写锁：

      （1） 读写锁区分读者和写者，而互斥锁不区分

      （2）互斥锁同一时间只允许一个线程访问该对象，无论读写；读写锁同一时间内只允许一个写者，但是允许多个读者同时读对象。

2. 简述自旋锁和互斥锁的使用场景⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 互斥锁用于临界区持锁时间比较长的操作，比如下面这些情况都可以考虑

   　　（1）临界区有IO操作

   　　（2）临界区代码复杂或者循环量大

   　　（3）临界区竞争非常激烈

   　　（4）单核处理器

   2. 自旋锁就主要用在临界区持锁时间非常短且CPU资源不紧张的情况下。

3. 公平锁与非公平锁⭐⭐⭐⭐⭐

   公平锁：就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己
   非公平锁：非公平锁比较粗鲁，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采用类似公平锁那种方式。
   非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

4. 死锁与活锁⭐⭐⭐⭐⭐

   死锁：是指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
   活锁：是指线程1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。

5. 说说sleep和wait的区别？⭐⭐⭐

   （1）sleep是一个延时函数，让进程或线程进入休眠。休眠完毕后继续运行。

   （2）wait是父进程回收子进程PCB（Process Control Block）资源的一个系统调用。

6. 请介绍一下5种IO模型⭐⭐⭐⭐⭐

   IO（Input/Output，输入/输出）即数据的读取（接收）或写入（发送）操作。
   通常用户进程中的一个完整IO分为两阶段：用户进程空间与内核空间之间的相互切换、内核空间与设备空间的相互切换（磁盘、网络等）。我们通常说的IO是指网络IO和磁盘IO两种。
   Linux中进程无法直接操作I/O设备，其必须通过系统调用请求内核来协助完成I/O动作；内核会为每个I/O设备维护一个缓冲区。
   对于一个输入操作来说，进程IO系统调用后，内核会先看缓冲区中有没有相应的缓存数据，没有的话再到设备中读取，因为设备IO一般速度较慢，需要等待；内核缓冲区有数据则直接复制到进程空间。
   所以，对于一个网络输入操作通常包括两个不同阶段：

   1. 等待网络数据到达网卡→读取到内核缓冲区，数据准备好；
   2. 从内核缓冲区复制数据到进程空间。

   5种IO模型如下：

   1. 阻塞IO：进程发起IO系统调用后，进程被阻塞，转到内核空间处理，整个IO处理完毕后返回进程。操作成功则进程获取到数据。调用者将一直等待，不停的检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回后才能进行下一步动作。
   2. 非阻塞IO：进程发起IO系统调用后，进程被阻塞，内核数据还没好，不想让进程等待，就返回一个错误，这样进程就不阻塞了。进程每隔一段时间就发起IO系统调用去检查IO事件是否就绪。这样就实现非阻塞了。每个进程都有一个时间片，轮询的时候读取IO，时间片到了就要换另一个进程做其他事情了，这样就做到了每隔一段时间发起IO系统调用。
   3. IO多路复用：Linux用select/poll函数实现IO复用模型，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这两个函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检查。select/poll会监听所有的IO，直到有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。
   4. 信号驱动IO：Linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO事件就绪，进程收到SIGIO信号，然后处理IO事件。这个好理解，这个信号直接通知进程数据到了。
   5. 异步IO：进程发起IO系统调用后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。用户可以直接去使用数据。具体操作是进程调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回。

   前四种属于同步IO，原因就在于进程发起IO系统调用读取数据时，这个真正拿到数据的过程依然是阻塞的，直到完成数据读取还要把数据拷贝到用户空间中，进程才能继续做其他事。
   而异步IO就不一样了，进程完全做自己的事情，数据都不需要它读取，而是由内核读取数据并将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。用户可以直接去使用数据。

7. 简述同步与异步的区别，阻塞与非阻塞的区别？⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 同步与异步的区别：

      同步：所有的操作都做完，才返回给用户结果。即写完数据库之后，再响应用户，用户体验不好。双方的动作是经过双方协调的，步调一致的。

      异步：不用等所有操作都做完，就响应用户请求。即先响应用户请求，然后慢慢去写数据库，用户体验较好。双方并不需要协调，都可以随意进行各自的操作。

2. 阻塞与非阻塞的区别：

   阻塞：调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回后才能进行下一步动作。

   非阻塞：非阻塞等待，每隔一段时间就去检查IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事情。

8. BIO、NIO有什么区别？⭐⭐⭐⭐⭐

   BIO、NIO的区别：

   BIO（Blocking I/O）：阻塞IO。进程发起IO系统调用后，进程被阻塞，转到内核空间处理，整个IO处理完毕后返回进程。操作成功则进程获取到数据。调用者将一直等待，不停的检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回后才能进行下一步动作。

   NIO（New I/O）：同时支持阻塞与非阻塞模式，NIO的做法是叫一个线程不断的轮询每个IO的状态，看看是否有IO的状态发生了改变，从而进行下一步的操作。

9. 说说多路IO复用技术有哪些，区别是什么？⭐⭐⭐⭐⭐

   1. select，poll，epoll都是IO多路复用的机制，I/O多路复用就是通过一种机制，可以监视多个文件描述符，一旦某个文件描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知应用程序进行相应的读写操作。

   2. 区别：

      （1）poll与select不同，通过一个pollfd数组向内核传递需要关注的事件，故没有描述符个数的限制，pollfd中的events字段和revents分别用于标示关注的事件和发生的事件，故pollfd数组只需要被初始化一次。

      （2）sele