互斥锁（Mutex）：互斥锁是最常用的同步机制之一。一个互斥锁只能同时被一个线程获取，其他线程必须等待该线程释放锁后才能继续执行。互斥锁用于保护临界区（Critical Section），确保只有一个线程可以访问共享资源。
信号量（Semaphore）：信号量是一个计数器，用于控制对共享资源的访问。它可以允许多个线程同时访问资源，但是要限制同时访问的线程数量。信号量可以用来实现资源池的管理等场景。
条件变量（Condition Variable）：条件变量用于在线程间实现条件等待和通知。一个线程可以等待某个条件成立，当条件满足时，另一个线程可以通知等待的线程继续执行。条件变量通常和互斥锁一起使用，以确保在等待条件时不会出现竞态条件。
读写锁（Read-Write Lock）：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但在有线程在写入时，其他线程不能进行读或写操作。这样可以提高读操作的并发性能，适用于读多写少的场景。
屏障（Barrier）：屏障用于将多个线程分为多个阶段执行，在每个阶段的某个点上，所有线程必须等待，直到所有线程都到达屏障点，然后继续执行下一个阶段。
原子操作：原子操作是一种不可被中断的操作，要么完全执行成功，要么完全不执行，不存在中间状态。原子操作可以用于简单的同步需求，如增加或减少共享变量的值，确保在多线程环境下数据的一致性。

8. 进程的状态都有哪些？

新建状态（New）：进程刚被创建，但尚未被调度执行。
就绪状态（Ready）：进程已经准备好运行，但尚未被分配到CPU资源。
运行状态（Running）：进程正在运行，占用CPU资源。
阻塞状态（Blocked）：进程因为某些原因（比如等待I/O操作完成）而暂时无法运行，在这个状态下，进程不会占用CPU资源。
终止状态（Terminated）：进程已经完成了执行或者被操作系统强制终止。

9. 进程是如何调度的？

进程调度可以分为抢占式和非抢占式。

a. **非抢占方式。**只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。

b. **抢占方式。**当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。

非抢占式：

先来先服务:非抢占式的调度算法。每次从就绪队列选择最先进入队列的进程，然后一直运行，直到进程退出或被阻塞，才会继续从队列中选择第一个进程接着运行。特点：公平，实现简单。但不利于短作业以及I/O密集型进程。
短作业优先:非抢占式的调度算法。按照剩余执行时间最短的进程先执行。该算法可以减少平均等待时间。但是要预先知道进程的执行时间。特点：短作业优先算法的优点是能尽快处理完短作业，平均等待/周转时间等参数很优秀；但是容易长作业饥饿，实现困难。
高响应比优先算法:非抢占式。响应比为等待时间/服务时间,响应比高的先执行，可以避免饥饿现象。特点：a,b方式的平衡实现。

抢占式：

**最短剩余时间优先(SRTN)：最短作业优先的抢占式版本。**当一个新的作业到达时，其整个运行时间与当前进程的剩余时间作比较。如果新的进程需要的时间更少，则挂起当前进程，运行新的进程。否则新的进程等待
时间片轮转调度:抢占式。给每个进程都分配一个时间片，时间片执行完毕就会切换进程，执行下一个进程，依次循环。此算法容易频繁的切换进程，浪费系统资源。（公平，但频繁切换，有开销）
多级反馈队列：抢占式。多级反馈队列调度算法是对其他算法的一个折中权衡。是「时间片轮转算法」和「最高优先级算法」的综合和发展。

一个特殊的方法：优先级调度:有抢占式也有非抢占式：按照设定优先级执行。抢占式是动态调整优先级，如按照运行时间调整优先级。非抢占式是创建进程就设定了。（适用实时系统，对低优先级进程不利）

10. 操作系统的进程空间有哪些？

栈区（stack），由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。

堆区（heap），一般般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。

静态区（static），存放全局变量和静态变量的存储。

代码区(text)，存放函数体的二进制代码。

线程共享堆区、静态区。

11. 什么是死锁？应该如何解决死锁？

死锁是指在多个进程（或线程）之间，每个进程都占有某些资源，同时又等待其他进程释放它所需要的资源，从而导致所有进程都无法继续执行下去的一种状态。

死锁产生的原因通常有以下几种情况：竞争资源、不恰当的资源分配顺序、循环依赖

为了解决死锁问题，可以采取以下策略：

预防死锁：通过合理的资源分配策略、避免循环依赖等方式，尽可能地预防死锁的发生。
避免死锁：通过安全序列等方式，避免产生死锁。
检测死锁：可以通过资源分配图等方式检测死锁是否已经发生。
解除死锁：当发现死锁已经发生时，可以采取一些措施解除死锁，比如中断某个进程、回收某个进程占用的资源等。

12. 操作系统是如何管理内存的？

**存管理方式：**页式管理、段式管理、段页式管理

分段管理：

原理：将程序的地址空间划分为若干段（segment），如代码段，数据段，堆栈段；这样每个进程有一个二维地址空间，相互独立，互不干扰。

特点：没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如4k的段换5k的段，会产生1k的外碎片）。

分页管理：

原理：在页式存储管理中，将程序的逻辑地址划分为固定大小的页（page），而物理内存划分为同样大小的页框，程序加载时，可以将任意一页放入内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分离。

优点：没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）。

段页式管理：

段⻚式管理机制结合了段式管理和⻚式管理的优点。简单来说段⻚式管理机制就是把主存先分成若⼲段，每个段⼜分成若⼲⻚，也就是说段⻚式管理机制中段与段之间以及段的内部的都是离散的。

13. 常见的页面置换算法有哪些？

**置换算法：**先进先出FIFO、最近最久未使用LRU、最佳置换算法OPT。

先进先出FIFO:

缺点：没有考虑到实际的页面使用频率，性能差、与通常页面使用的规则不符合，实际应用较少。

最近最久未使用LRU:

原理：选择最近且最久未使用的页面进行淘汰。

优点：考虑到了程序访问的时间局部性，有较好的性能，实际应用也比较多。

缺点：没有合适的算法，只有适合的算法，lFU、random都可以。

最佳置换算法OPT:

原理：每次选择当前物理块中的页面在未来长时间不被访问的或未来不再使用的页面进行淘汰。

优点：具有较好的性能，可以保证获得最低的缺页率。

缺点：过于理想化，但是实际上无法实现（没办法预知未来的页面）。

14. 什么是虚拟内存？

两个进程不能同时操作同一个物理内存，会导致崩溃。操作系统为每个进程分配独立的一套“虚拟地址”，大家自己用自己的虚拟地址，互不干涉，所有进程都不能访问物理地址。操作系统负责将虚拟地址映射到对应的物理地址上。

15. 什么是IO的多路复用？

一个进程虽然任一时刻只能处理一个请求，但是处理每个请求的事件时，耗时控制在 1 毫秒以内，这样 1 秒内就可以处理上千个请求，把时间拉长来看，多个请求复用了一个进程，这就是多路复用，这种思想很类似一个 CPU 并发多个进程，所以也叫做时分多路复用。

SELECT/POLL/EPOLL 内核提供给用户态的多路复用系统调用，进程可以通过一个系统调用函数从内核中获取多个事件。

SELECT：

将已连接的 Socket 都放到一个文件描述符集合，然后调用 SELECT 函数将文件描述符集合拷贝到内核里。

POLL:

不再用 BitsMap 来存储所关注的文件描述符，取而代之用动态数组，以链表形式来组织，突破了 SELECT 的文件描述符个数限制，当然还会受到系统文件描述符限制。

都是使用线性结构存储进程关注的 Socket 集合，因此都需要遍历文件描述符集合来找到可读或可写的 Socket，时间复杂度为 O(n)，而且也需要在用户态与内核态之间拷贝文件描述符集合，效率比较低。

EPOLL：

第一，在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的 socket 通过 epoll_ctl() 函数加入内核中的红黑树里，红黑树是个高效的数据结构，增删改一般时间复杂度是 O(logn)。

第二，使用事件驱动的机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中，不需要轮询整个Socket集合，从而提高效率。

16. 什么是零拷贝？

使用DMA和SG-DMA技术，让内核态直接将文件从磁盘读到缓冲区然后转给网卡，减少上下文切换和数据拷贝的次数。零拷贝技术的文件传输方式相比传统文件传输的方式，减少了 2 次上下文切换和数据拷贝次数，只需要 2 次上下文切换和数据拷贝次数，就可以完成文件的传输，而且 2 次的数据拷贝过程，都不需要通过 CPU，2 次都是由 DMA 来搬运。