常见的操作系统面试问题(2)

第二，先进先出页面替换算法（FIFO）及其改进

此算法的思想与队列相同. 该算法始终删除进入内存的第一页，即选择保留在内存中时间最长的页面以将其删除. 实现: 进程已转移到内存中的页面按顺序链接到队列中，并且始终将指针设置为指向最早的页面. 缺点: 对于经常访问的页面，例如包含全局变量，常用函数，例程等的页面，无法保证不会被淘汰.

三种，最近最少使用的页面替换算法LRU（最近最少使用）

将页面加载到内存后，根据页面的使用情况来做出决定. LRU替换算法会选择最近一段时间未使用的页面进行淘汰.

1. 为存储器中的每个页面配置一个移位寄存器. （P165）定时信号每隔一段时间会将寄存器右移一位. 对应于最小值的寄存器的页面是最长的未使用页面.

2. 使用特殊的堆栈保存当前使用的每个页面的页码. 每当进程访问页面时，该页面的页码就会从堆栈中删除并推到堆栈顶部. 因此，堆栈的顶部始终是最近访问的页码，而堆栈的底部始终是最近未访问的页码.

链接: 分页内存管理（将虚拟内存空间和物理内存空间划分为相同大小的页面等）

链接: 分段内存管理

所谓的中断是指在计算机执行程序期间，由于某些特殊因素，CPU暂停了程序的执行并转而执行处理该事件的程序. 等待这些特殊事项处理后，再返回执行上一个程序. 中断通常分为三类:

与中断紧密相关的概念是中断处理程序. 发生中断时，系统需要处理中断. 这些中断的处理由操作系统内核中的特定功能执行. 这些处理中断的特定功能就是我们所说的中断处理程序.

与中断密切相关的另一个概念是中断优先级. 中断的优先级表示处理中断时处理器可以接受的中断级别. 中断的优先级还表示需要紧急处理该中断. 每个中断都有相应的优先级. 当处理器正在处理中断时，处理器只能接受和处理优先级高于该中断的中断. 优先级低于当前正在处理的中断的中断将被忽略.

典型的中断优先级如下:

在讨论系统调用之前，让我们先谈谈系统上的两个流程执行级别: 用户级别和核心级别，也称为用户模式和系统模式（用户模式和内核模式）.

用户空间是用户进程所在的存储区. 相反，系统空间是操作系统占用的内存区域. 用户进程和系统进程的所有数据都在内存中. 用户模式下的程序只能访问用户空间，而内核模式下的程序只能访问用户空间和内核空间.

从用户模式切换到内核模式的方法如下:

用户模式和核心模式（内核模式）有什么区别？

权限不同.

当有多个线程时，通常需要同步（注意: 同步不是同时进行的）这些线程以访问相同的数据或资源. 例如，假设有一个程序，其中一个线程用于将文件读入内存，而另一个线程用于计算文件中的字符数. 当然，在将整个文件传输到内存之前计算其计数是没有意义的. 但是，由于每个操作都有其自己的线程，因此操作系统将这两个线程视为彼此不相关的单独任务，当整个文件未加载到内存中时，这可能会计算单词数. 要解决此问题，必须使两个线程同步工作.

所谓的同步是指不同进程之间的许多程序片段，它们的操作必须严格按照指定的特定顺序执行，这取决于要完成的特定任务. 如果按照访问资源的方式定义同步，则意味着在相互排斥的基础上（大多数情况下），访问者可以通过其他机制有序访问资源. 在大多数情况下，同步已实现互斥，尤其是对于所有书面资源必须互斥. 在少数情况下，可以允许多个访问者同时访问资源.

所谓的互斥是指分散在不同进程之间的许多程序片段. 当一个进程运行其中一个程序片段时，其他进程将无法运行它们中的任何一个操作系统试题，并且只能等到该进程运行完该程序片段之后才能运行它. 如果根据对资源的访问进行定义，则互斥资源仅允许一个访问者同时访问它，这是唯一且排他的. 但是互斥不能限制访问者访问资源的顺序，即访问顺序混乱.

线程之间的同步方法可以大致分为两类: 用户模式和内核模式. 顾名思义，内核模式是指使用系统内核对象的统一性进行同步. 使用它时，您需要在内核模式和用户模式之间切换，用户模式不需要切换到内核模式，只需完成用户模式下的操作即可.

用户模式下的方法是: 原子操作（例如单个全局变量），关键部分.

内核模式下的方法是: 事件，信号量和互斥体.

1. 关键部分: 通过多个线程的序列化访问公共资源或一段代码，这快速且适合控制数据访问.

2. 互斥: 旨在协调对共享资源的单独访问.

3. 信号量: 旨在控制用户数量有限的资源.

4. 事件: 用于通知线程发生了一些事件，从而开始了后续任务的开始.

以下两个概念与内存/虚拟内存有关:

1）居民集

2）脱粒

参考链接:

在内存管理中，内部碎片是指已分配的内存空间大于请求所需的内存空间.

外部碎片是指尚未分配的可用内存空间块，但是它太小而无法分配给新的空间申请过程.

固定分区中有内部片段，可变分区中有外部片段；

页面型虚拟存储系统具有内部碎片；分段虚拟存储系统具有外部碎片

为了有效地使用内存并减少内存碎片，必须对内存进行分页. 内存以页为单位使用. 最后一页通常不完整，因此形成内部碎片.

为了共享段，在切入和切出段时会形成外部片段. 例如，换出5K段后，一个4k段进入并放置在原始5k位置，因此形成了1k个外部片段.

当有多个线程时，通常需要同步这些线程以访问相同的数据或资源. 例如，假设有一个程序，其中一个线程用于将文件读入内存，而另一个线程用于计算文件中的字符数. 当然，在将整个文件传输到内存之前计算其计数是没有意义的. 但是，由于每个操作都有其自己的线程，因此操作系统将这两个线程视为彼此不相关的单独任务，当整个文件未加载到内存中时，这可能会计算单词数. 要解决此问题，必须使两个线程同步工作.

所谓的同步是指多个程序片段在不同进程之间的移动，它们的操作必须严格按照指定的特定顺序执行，这取决于要完成的特定任务. 如果按照访问资源的方式定义同步，则意味着在相互排斥的基础上（大多数情况下），访问者可以通过其他机制有序访问资源. 在大多数情况下，同步已实现互斥，尤其是对于所有书面资源必须互斥. 在少数情况下，可以允许多个访问者同时访问资源.

所谓的互斥是指分散在不同进程之间的许多程序片段. 当一个进程运行其中一个程序片段时，其他进程将无法运行它们中的任何一个，并且只能等到该进程运行完该程序片段之后才能运行它. 如果根据对资源的访问进行定义，则互斥资源仅允许一个访问者同时访问它，这是唯一且排他的. 但是互斥不能限制访问者访问资源的顺序，即访问顺序混乱.

如果多线程程序的结果是可预测的，并且与单线程程序的结果相同，则说明为“线程安全”.

同步是一种阻止模式；同步是按顺序执行的，下一个同步是在执行之后执行的，需要等待并协调操作. 异步是一种非阻塞模式，无需等待；异步是彼此独立的，在等待事件的过程中，继续做自己的事情，不需要等待此事件完成就可以工作. 线程是异步实现的一种方式.

IO多路复用意味着一旦内核发现该进程指定的一个或多个IO条件已准备好读取，它将通知该进程. IO多路复用适用于以下场合:

如果有多个线程与您的代码在同一进程中运行，并且这些线程可能同时运行此代码. 如果每次运行的结果与单线程运行的结果相同操作系统试题，并且其他变量的值也与预期相同，则是线程安全的. 换句话说: 类或程序提供的接口是线程的原子操作，或者在多个线程之间切换不会导致接口的执行结果模棱两可，这意味着我们无需考虑同步问题.

线程安全性问题是由全局变量和静态变量引起的.

如果每个线程只对全局变量和静态变量具有读操作，而没有写操作，通常来说，此全局变量是线程安全的；如果多个线程同时执行写操作，通常需要考虑线程同步，否则可能会影响线程安全.

参考链接

一个进程中的所有线程共享该进程的地址空间，但是它们具有自己的独立（/专用）堆栈. Windows线程的默认堆栈大小为1M. 堆分配与堆栈不同. 通常，进程具有C运行时堆. 该堆由进程中的所有线程共享. Windows进程还具有所谓的进程默认堆. 您还可以创建自己的堆.

全局堆是所有未分配的空间，而本地堆是用户分配的空间. 操作系统初始化进程时分配堆. 堆栈程的开头初始化，并且每个线程的堆栈彼此独立. 切换线程（即切换SS / ESP寄存器）时，操作系统将自动切换堆栈. 堆栈空间不需要使用高级语言进行显式分配和取消分配.

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