2021-Java后端工程师必会知识点-(操作系统)（上）

Tips

面试指南系列，很多情况下不会去深挖细节，是小六六以被面试者的角色去回顾知识的一种方式，所以我默认大部分的东西，作为面试官的你，肯定是懂的。

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上面的是脑图地址

叨絮

操作系统确实是比较重要的，但是也是我们经常忽视的地方，今天我们来看看一些常见的面试题，但是真正要学懂还是建议系统的学习csapp,加油！

然后下面是前面的文章汇总

• 2021-Java后端工程师面试指南-(引言)
• 2021-Java后端工程师面试指南-(Java基础篇）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(并发-多线程)
• 2021-Java后端工程师面试指南-(JVM）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(MySQL）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(Redis）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(Elasticsearch）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(消息队列）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(SSM）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(SpringBoot+SpringCloud）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(分布式理论+Zookeeper）
• 2021-Java后端工程师面试指南-(计算机网络）

了解OS嘛，能说说什么是操作系统？

• 操作系统（Operating System，简称 OS）是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机的基石。
• 操作系统本质上是一个运行在计算机上的软件程序 ，用于管理计算机硬件和软件资源。 举例：运行在你电脑上的所有应用程序都通过操作系统来调用系统内存以及磁盘等等硬件。
• 操作系统存在屏蔽了硬件层的复杂性。 操作系统就像是硬件使用的负责人，统筹着各种相关事项。
• 操作系统的内核（Kernel）是操作系统的核心部分，它负责系统的内存管理，硬件设备的管理，文件系统的管理以及应用程序的管理。

大致说说Kernel的作用

• 操作系统的内核（Kernel）是操作系统的核心部分，它负责系统的内存管理，硬件设备的管理，文件系统的管理以及应用程序的管理。
  
• 操作系统的内核是连接应用程序和硬件的桥梁，决定着操作系统的性能和稳定性。

简单聊聊CPU

• CPU 是一台计算机的运算核心（Core）+控制核心（ Control Unit），可以称得上是计算机的大脑。
• CPU 主要包括两个部分：控制器+运算器。
• CPU 的根本任务就是执行指令，对计算机来说最终都是一串由“0”和“1”组成的序列。

说说用户态和内核态，还有我们的系统调用

哈哈，这个小六六有被问到过哎

首先就是 不管是内核态还是用户态都是基于我们的进程的

根据进程访问资源的特点，我们可以把进程在系统上的运行分为两个级别：

• 用户态(user mode) : 用户态运行的进程或可以直接读取用户程序的数据。
• 系统态(kernel mode): 可以简单的理解系统态运行的进程或程序几乎可以访问计算机的任何资源，不受限制。

我们运行的程序基本都是运行在用户态，如果我们调用操作系统提供的系统态级别的子功能咋办呢？那就需要系统调用了！

也就是说在我们运行的用户程序中，凡是与系统态级别的资源有关的操作（如文件管理、进程控制、内存管理等)，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求，并由操作系统代为完成。

这些系统调用按功能大致可分为如下几类：

• 设备管理 ：完成设备的请求或释放，以及设备启动等功能。
• 文件管理 ：完成文件的读、写、创建及删除等功能。
• 进程控制 ：完成进程的创建、撤销、阻塞及唤醒等功能。
• 进程通信 ：完成进程之间的消息传递或信号传递等功能。
• 内存管理 ：完成内存的分配、回收以及获取作业占用内存区大小及地址等功能。

我们知道Java线程切换，你知道线程切换的过程中，操作系统有做的什么操作。

我们都知道，Linux 是一个多任务操作系统，它支持远大于 CPU 数量的任务同时运行。当然，这些任务实际上并不是真的在同时运行，而是因为系统在很短的时间内，将 CPU 轮流分配给它们，造成多任务同时运行的错觉。

而在每个任务运行前，CPU 都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行，也就是说，需要系统事先帮它设置好CPU 寄存器和程序计数器

CPU 寄存器和程序计数器就是 CPU 上下文，因为它们都是 CPU 在运行任何任务前，必须的依赖环境。

• CPU 寄存器是 CPU 内置的容量小、但速度极快的内存。
• 程序计数器则是用来存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。

聊聊Linux 文件系统

在 Linux 操作系统中，所有被操作系统管理的资源，例如网络接口卡、磁盘驱动器、打印机、输入输出设备、普通文件或是目录都被看作是一个文件。 也就是说在 Linux 系统中有一个重要的概念：一切都是文件。

说说 inode

inode 是 linux/unix 文件系统的基础。那么，inode 是什么?有什么作用呢?

硬盘的最小存储单位是扇区(Sector)，块(block)由多个扇区组成。文件数据存储在块中。块的最常见的大小是 4kb，约为 8 个连续的扇区组成（每个扇区存储 512 字节）。一个文件可能会占用多个 block，但是一个块只能存放一个文件。

虽然，我们将文件存储在了块(block)中，但是我们还需要一个空间来存储文件的 元信息 metadata ：如某个文件被分成几块、每一块在的地址、文件拥有者，创建时间，权限，大小等。这种 存储文件元信息的区域就叫 inode，译为索引节点：i（index）+node。 每个文件都有一个 inode，存储文件的元信息。

可以使用 stat 命令可以查看文件的 inode 信息。每个 inode 都有一个号码，Linux/Unix 操作系统不使用文件名来区分文件，而是使用 inode 号码区分不同的文件。

简单来说：inode 就是用来维护某个文件被分成几块、每一块在的地址、文件拥有者，创建时间，权限，大小等信息。

简单总结一下：

• inode ：记录文件的属性信息，可以使用 stat 命令查看 inode 信息。
• block ：实际文件的内容，如果一个文件大于一个块时候，那么将占用多个 block，但是一个块只能存放一个文件。（因为数据是由 inode 指向的，如果有两个文件的数据存放在同一个块中，就会乱套了）

进程有哪几种状态?

• 创建状态(new) ：进程正在被创建，尚未到就绪状态。
• 就绪状态(ready) ：进程已处于准备运行状态，即进程获得了除了处理器之外的一切所需资源，一旦得到处理器资源(处理器分配的时间片)即可运行。
• 运行状态(running) ：进程正在处理器上上运行(单核 CPU 下任意时刻只有一个进程处于运行状态)。
• 阻塞状态(waiting) ：又称为等待状态，进程正在等待某一事件而暂停运行如等待某资源为可用或等待 IO 操作完成。即使处理器空闲，该进程也不能运行。
• 结束状态(terminated) ：进程正在从系统中消失。可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。

进程间的通信方式有哪些，Java采取的什么方式

• 管道/匿名管道(Pipes) ：用于具有亲缘关系的父子进程间或者兄弟进程之间的通信。
• 有名管道(Names Pipes) : 匿名管道由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道。有名管道严格遵循先进先出(first in first out)。有名管道以磁盘文件的方式存在，可以实现本机任意两个进程通信。
• 信号(Signal) ：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生；
• 消息队列(Message Queuing) ：消息队列是消息的链表,具有特定的格式,存放在内存中并由消息队列标识符标识。管道和消息队列的通信数据都是先进先出的原则。与管道（无名管道：只存在于内存中的文件；命名管道：存在于实际的磁盘介质或者文件系统）不同的是消息队列存放在内核中，只有在内核重启(即，操作系统重启)或者显示地删除一个消息队列时，该消息队列才会被真正的删除。消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取.比 FIFO 更有优势。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字 节流以及缓冲区大小受限等缺。
• 信号量(Semaphores) ：信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据的访问，信号量的意图在于进程间同步。这种通信方式主要用于解决与同步相关的问题并避免竞争条件。
• 共享内存(Shared memory) ：使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等。可以说这是最有用的进程间通信方式。
• 套接字(Sockets) : 此方法主要用于在客户端和服务器之间通过网络进行通信。套接字是支持 TCP/IP 的网络通信的基本操作单元，可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点，简单的说就是通信的两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。