看完这篇操作系统,和面试官扯皮就没问题了。(二)

简介: 操作系统是运行在计算机上最重要的一种软件,它管理计算机的资源和进程以及所有的硬件和软件。它为计算机硬件和软件提供了一种中间层

15

RAID 的不同级别

RAID 称为 磁盘冗余阵列,简称 磁盘阵列。利用虚拟化技术把多个硬盘结合在一起,成为一个或多个磁盘阵列组,目的是提升性能或数据冗余。

RAID 有不同的级别

  • RAID 0 - 无容错的条带化磁盘阵列
  • RAID 1 - 镜像和双工
  • RAID 2 - 内存式纠错码
  • RAID 3 - 比特交错奇偶校验
  • RAID 4 - 块交错奇偶校验
  • RAID 5 - 块交错分布式奇偶校验
  • RAID 6 - P + Q 冗余

16

什么是 DMA

DMA 的中文名称是直接内存访问,它意味着 CPU 授予 I/O 模块权限在不涉及 CPU 的情况下读取或写入内存。也就是 DMA 可以不需要 CPU 的参与。这个过程由称为 DMA 控制器(DMAC)的芯片管理。由于 DMA 设备可以直接在内存之间传输数据,而不是使用 CPU 作为中介,因此可以缓解总线上的拥塞。DMA 通过允许 CPU 执行任务,同时 DMA 系统通过系统和内存总线传输数据来提高系统并发性。

17

多线程编程的好处是什么

对不起,我忍不住想偷笑

微信图片_20220414191850.png

说直白点,为什么单线程能够处理的却要用多线程来处理?当然是为了提高程序的装逼并行能力了。多线程在某些情况下能够使你程序运行的更快,这也是为什么多核 CPU 会出现,但是多核 CPU 的出现会导致数据的一致性问题,不过这些问题程序员就能解决。另一个角度来说,多线程编程能够提高程序员的编程能力和编程思维。同时也能提高程序员的管理能力,你如果把每条线程流当作罗老师时间管理的女主一样,能够及时协调好所有 P 友的关系,那你也是超神程序员了,所以,是谁说程序员不会做管理的?Doug Lea 大佬牛逼!!!

ps:Doug Lea 大佬开发的 JUC 工具包,此处不加狗头。


18

什么是设备驱动程序

在计算机中,设备驱动程序是一种计算机程序,它能够控制或者操作连接到计算机的特定设备。驱动程序提供了与硬件进行交互的软件接口,使操作系统和其他计算机程序能够访问特定设备,不用需要了解其硬件的具体构造。

19

进程间的通信方式

19.1

通信概念

进程间的通信方式比较多,首先你需要理解下面这几个概念

竞态条件:即两个或多个线程同时对一共享数据进行修改,从而影响程序运行的正确性时,这种就被称为竞态条件(race condition)

临界区:不仅共享资源会造成竞态条件,事实上共享文件、共享内存也会造成竞态条件、那么该如何避免呢?或许一句话可以概括说明:禁止一个或多个进程在同一时刻对共享资源(包括共享内存、共享文件等)进行读写。换句话说,我们需要一种 互斥(mutual exclusion) 条件,这也就是说,如果一个进程在某种方式下使用共享变量和文件的话,除该进程之外的其他进程就禁止做这种事(访问统一资源)。

一个好的解决方案,应该包含下面四种条件

微信图片_20220414191856.png

  1. 任何时候两个进程不能同时处于临界区
  2. 不应对 CPU 的速度和数量做任何假设
  3. 位于临界区外的进程不得阻塞其他进程
  4. 不能使任何进程无限等待进入临界区
  • 忙等互斥:当一个进程在对资源进行修改时,其他进程必须进行等待,进程之间要具有互斥性,我们讨论的解决方案其实都是基于忙等互斥提出的。

19.2

解决方案

进程间的通信用专业一点的术语来表示就是 Inter Process Communication,IPC,它主要有下面几种通信方式

微信图片_20220414191859.png

  • 消息传递:消息传递是进程间实现通信和同步等待的机制,使用消息传递,进程间的交流不需要共享变量,直接就可以进行通信;消息传递分为发送方和接收方
  • 先进先出队列:先进先出队列指的是两个不相关联进程间的通信,两个进程之间可以彼此相互进程通信,这是一种全双工通信方式
  • 管道:管道用于两个相关进程之间的通信,这是一种半双工的通信方式,如果需要全双工,需要另外一个管道。
  • 直接通信:在这种进程通信的方式中,进程与进程之间只存在一条链接,进程间要明确通信双方的命名。
  • 间接通信:间接通信是通信双方不会直接建立连接,而是找到一个中介者,这个中介者可能是个对象等等,进程可以在其中放置消息,并且可以从中删除消息,以此达到进程间通信的目的。
  • 消息队列:消息队列是内核中存储消息的链表,它由消息队列标识符进行标识,这种方式能够在不同的进程之间提供全双工的通信连接。
  • 共享内存:共享内存是使用所有进程之间的内存来建立连接,这种类型需要同步进程访问来相互保护。

20

进程间状态模型



cat chapter1 chapter2 chapter3 | grep tree


第一个进程是 cat,将三个文件级联并输出。第二个进程是 grep,它从输入中选择具有包含关键字 tree 的内容,根据这两个进程的相对速度(这取决于两个程序的相对复杂度和各自所分配到的 CPU 时间片),可能会发生下面这种情况,grep 准备就绪开始运行,但是输入进程还没有完成,于是必须阻塞 grep 进程,直到输入完毕。

当一个进程开始运行时,它可能会经历下面这几种状态


微信图片_20220414191904.png

图中会涉及三种状态

  1. 运行态,运行态指的就是进程实际占用 CPU 时间片运行时
  2. 就绪态,就绪态指的是可运行,但因为其他进程正在运行而处于就绪状态
  3. 阻塞态,除非某种外部事件发生,否则进程不能运行

逻辑上来说,运行态和就绪态是很相似的。这两种情况下都表示进程可运行,但是第二种情况没有获得 CPU 时间分片。第三种状态与前两种状态不同的原因是这个进程不能运行,CPU 空闲时也不能运行。

三种状态会涉及四种状态间的切换,在操作系统发现进程不能继续执行时会发生状态 1的轮转,在某些系统中进程执行系统调用,例如 pause,来获取一个阻塞的状态。在其他系统中包括 UNIX,当进程从管道或特殊文件(例如终端)中读取没有可用的输入时,该进程会被自动终止。

转换 2 和转换 3 都是由进程调度程序(操作系统的一部分)引起的,进程本身不知道调度程序的存在。转换 2 的出现说明进程调度器认定当前进程已经运行了足够长的时间,是时候让其他进程运行 CPU 时间片了。当所有其他进程都运行过后,这时候该是让第一个进程重新获得 CPU 时间片的时候了,就会发生转换 3。

程序调度指的是,决定哪个进程优先被运行和运行多久,这是很重要的一点。已经设计出许多算法来尝试平衡系统整体效率与各个流程之间的竞争需求。


当进程等待的一个外部事件发生时(如从外部输入一些数据后),则发生转换 4。如果此时没有其他进程在运行,则立刻触发转换 3,该进程便开始运行,否则该进程会处于就绪阶段,等待 CPU 空闲后再轮到它运行。

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