本文为 第六章操作系统 部分，具体整篇目录可以看前言！

【秋招】嵌入式面试八股文分享

第一部分（纯八股）

6. 操作系统

6.1 什么是进程？什么是线程？

       进程是资源分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例，在程序运行时创建。

       线程是程序执行的最小单位，是进程的一个执行流，一个进程由多个线程组成的。

       协程是一种比线程更加轻量级的存在。一个线程也可以拥有多个协程。其执行过程更类似于子例程，或者说不带返回值的函数调用。

6.2 内核线程和用户线程的区别？

1. 内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。

2. 用户级线程的创建、撤消和调度不需要OS内核的支持，是在语言（如Java）这一级处理的；而内核支持线程的创建、撤消和调度都需OS内核提供支持，而且与进程的创建、撤消和调度大体是相同的。

3. 用户级线程执行系统调用指令时将导致其所属进程被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只导致该线程被中断。

4. 在只有用户级线程的系统内，CPU调度还是以进程为单位，处于运行状态的进程中的多个线程，由用户程序控制线程的轮换运行；在有内核支持线程的系统内，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度程序负责线程的调度。

5. 用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序，而内核支持线程的程序实体则是可以运行在任何状态下的程序。

6.3 进程和线程有什么区别？

1、根本区别

       进程是资源分配的基本单位，线程是程序执行的最小单位

2、资源开销

       进程有自己独立地址空间（代码空间和数据空间），每启动一个进程，系统会为它分配地址空间。

       线程没有自己独立的地址空间，线程共享进程中的数据，使用相同的地址空间。每个线程都有自己的堆栈。

       线程切换的资源开销要比进程小。涉及频繁切换，就选择线程。

       线程开销小，但是不利于进行资源包含；进程开销大，但是有利于资源保护。

3、关于通信

线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。（ftok函数）

但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也跟着死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。

4、执行过程

       每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

6.4 何时使用多进程，何时使用多线程？

       对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。

       要求效率高，频繁切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程。

6.5 进程的几种状态？

​关于IO：

       用户程序进行IO的读写，会用到read&write两大系统调用。read系统调用，是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区；而write系统调用，是把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。

 同步IO

是指用户空间线程是主动发起IO请求的一方，内核空间是被动接受方。

       异步IO

是指内核kernel是主动发起IO请求的一方，用户线程是被动接受方。

6.6 进程创建的方式？

6.6.1 使用fork创建

       创建新进程在Linux的下是由父进程来完成的，创建完成的新进程是子进程。

       新进程的地址空间有两种可能性：

1、子进程是父进程的复制品（除了PID和task_struct是子进程自己的，其余的都从父进程复制而来

2、子进程装入另一个程序。

在Linux下的fork函数用于创建一个新的进程，使用fork函数来创建一个进程时，子进程只是完全复制父进程的资源。​

6.6.2 fork和vfork的区别？

       void exit( int status) 结束当前进程并将status返回；exit结束进程会刷新缓冲区

       void _exit(int status)  这个不会进行缓冲区刷新

1. fork( )的子进程拷贝父进程的数据段和代码段；vfork( )的子进程与父进程共享数据段

2. fork( )的父子进程的执行次序不确定；vfork( )保证子进程先运行，在调用exec或exit之前与父进程数据是共享的，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。

3. vfork( )保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。

4. 当需要改变共享数据段中变量的值，则拷贝父进程。

6.7 进程间通信方式有哪些？有什么优缺点？

6.7.1 管道(pipe)

       管道这种通讯方式有两种限制：

       一是半双工的通信，数据只能单向流动；

       二是只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

       缺点：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯。

6.7.2 流管道 s_pipe

       可以进行双向传输（全双工）;允许具有亲缘关系进程间通信；也允许无亲缘关系进程间通信。

6.7.3 信号量

       信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

       缺点：只能用来同步，不能用来进行传递复杂信息。

6.7.4 消息队列

       容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题，消息队列可以不再局限于父子进程，而允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信，并由系统调用函数来实现消息 发送和接收之间的同步，从而使得用户在使用消息缓冲进行通信时不再需要考虑同步问题，使用方便， 但是信息的复制需要额外消耗CPU的时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合。此种方法不太常用。

6.7.5 共享内存

       利用内存缓冲区直接交换信息，无须复制，快捷、信息量大是其优点。共享内存块提供了在任意数量的 进程之间进行高效双向通信的机制。每个使用者都可以读取写入数据，但是所有程序之间必须达成并遵 守一定的协议，以防止诸如在读取信息之前覆写内存空间等竞争状态的出现。

6.8 线程创建方式

6.9 僵尸进程、孤儿进程、守护进程是什么？

       僵尸进程：一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。

       孤儿进程：父进程异常结束，子进程被进程Init所收养。

       守护进程：创建守护进程时，有意把父进程结束，然后被1号进程init收养

       区分：一个正常运行的子进程，如果此刻子进程退出，父进程没有及时调用wait或waitpid收回子进程的系统资源，该进程就是僵尸进程，如果系统收回了，就是正常退出，如果一个正常运行的子进程，父进程退出了但是子进程还在，该进程此刻是孤儿进程，被init收养，如果父进程是故意被杀掉，子进程做相应处理后就是守护进程

6.10 僵尸进程的危害？

        在进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源，包括打开的文件，占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号PID，退出状态，运行时间等)。直到父进程通过wait / waitpid 来取时才释放。 如果进程不调用 wait / waitpid 的话， 那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵死进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程。

6.11 如何清理僵尸进程？

       当系统中出现了僵尸进程时，我们是无法通过 kill 命令把它清除掉的。但是我们可以杀死它的父进程， 让它变成孤儿进程，并进一步被系统中管理孤儿进程的进程收养并清理。