面试操作系统八股文五问五答第一期

面试操作系统八股文五问五答第一期

作者：程序员小白条，个人博客

相信看了本文后，对你的面试是有一定帮助的！

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1.死锁产生的条件

1.互斥条件，即当资源被一个线程使用（占有）时，别的线程不能使用

2.不可剥夺条件，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放

3.请求和保持条件，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有

4.循环等待条件，即存在一个等待循环队列：p1 要 p2 的资源，p2 要 p1 的资源，形成了一个等待环路

四个条件都成立的时候，便形成死锁。死锁情况下打破上述任何一个条件，便可让死锁消失

2.线程的生命周期

java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态：

●NEW: 初始状态，线程被创建出来但没有被调用 start() 。

●RUNNABLE: 运行状态，线程被调用了 start()等待运行的状态。

●BLOCKED：阻塞状态，需要等待锁释放。

●WAITING：等待状态，表示该线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。

●TIME_WAITING：超时等待状态，可以在指定的时间后自行返回而不是像 WAITING 那样一直等待。

●TERMINATED：终止状态，表示该线程已经运行完毕。

3.查看线程状态的工具

1.使用Thread类的getState()方法

2.使用Java VisualVM Jconsole JMC

都在jdk的bin目录

3.使用命令行工具jstack 进程ID,

4.Linux使用top命令 top -H -p 查看进程内运行的线程情况

5.Linux先使用ps -aux (a显示所有用户的进程，不仅仅是当前用户，u显示用户为主的格式显示进程信息，包括用户,进程ID,CPU使用率，内存使用率,x 显示没有中断的进程，通常用于显示守护进程) 或者使用ps -ef命令，e显示所有进程，不限于当前终端会话，-f完整的格式显示进程信息，包括父进程，用户，UID,TTY,状态。

ps -T -p pid 查看进程PID12345的线程列表

4.用户态和内核态的区别？

用户态（User Mode）和内核态（Kernel Mode）是操作系统中的两种不同的执行权限级别。这两种级别决定了程序的运行环境和可执行的操作。

1用户态：

○用户态是指程序运行在较低的权限级别，不具有直接访问和控制系统底层资源的能力。

○在用户态下运行的程序只能访问用户空间中的资源，如用户进程的堆栈、内存、文件和网络连接等。

○用户态下运行的程序需要通过系统调用（System Call）向操作系统请求执行特权操作，如读写文件、创建进程等。

2内核态：

○内核态是操作系统的最高权限级别，拥有对系统底层资源的完全控制权。

○在内核态下运行的程序可以直接访问和操作底层硬件资源，如磁盘、进程控制块、中断控制器等。

○内核态下的程序可以执行特权指令和访问系统级数据结构，能够完成系统管理和控制的任务，如调度进程、分配内存等。

用户态和内核态之间的切换是通过系统调用和中断（异常）来实现的。当用户态程序需要执行特权操作时，需要通过系统调用将控制权切换到内核态，由操作系统来处理特权操作。而当内核态的任务完成后，通过上下文切换将控制权返回给用户态程序。

总结：用户态和内核态的区别主要在于权限级别和资源访问能力。用户态程序只能运行在受限的环境中，不能直接访问底层资源，而内核态程序拥有完全的系统权限和资源访问能力。

5.为什么用户态和内核态之间的切换会影响到线程的执行效率，真正慢的点在哪里？

用户态和内核态之间的切换会影响线程的执行效率，主要是由于涉及到以下方面的开销和延迟：

1上下文切换开销：当从用户态切换到内核态时，需要保存用户态的上下文信息并加载内核态的上下文信息，这涉及到寄存器状态的保存和恢复，堆栈切换等操作，会引入一定的开销。

2内核调度开销：在切换到内核态之后，操作系统需要进行调度决策来确定下一个要执行的线程或进程，这涉及到查找、选择合适的线程，进行调度算法的计算和决策，可能会消耗较多的运算时间。

3内核资源访问延迟：在内核态中，线程可以访问并操作内核资源，如文件系统、设备驱动程序等。但由于同一时间可能有多个线程或进程同时请求访问某个资源，需要进行锁机制或其他同步机制，以保证资源的安全访问，这可能引入额外的延迟。

4缓存失效：当线程从用户态切换到内核态时，可能会导致CPU缓存中的数据失效，因为内核态和用户态的数据访问权限不同，可能会引起缓存的刷新和重新加载，这也会导致额外的延迟。

真正影响线程执行效率的慢点主要在于上下文切换开销和内核调度开销。这些开销都需要耗费时间和计算资源，因此频繁的上下文切换和内核调度会导致线程的执行效率下降。为了优化线程的执行效率，可以采取一些策略，如减少不必要的上下文切换，优化调度算法，避免过度的内核态访问等。

1操作系统有一个锁的概念，谈谈你对它的理解？

锁是操作系统中用于控制并发访问共享资源的机制。它用于保证在同一时间只有一个线程或进程可以访问被锁定的资源，从而避免数据竞争和不一致性。

锁的实现方式有多种，常见的包括互斥锁（Mutex）、读写锁（ReadWrite Lock）、自旋锁（Spinlock）、信号量（Semaphore）等。

互斥锁（Mutex）是最常见的锁类型，它提供了两个基本操作：上锁（Lock）和解锁（Unlock）。当一个线程需要访问共享资源时，首先尝试去获取锁，如果锁已经被其他线程占用，则线程进入阻塞状态，等待锁被释放；当某个线程完成对共享资源的访问后，会释放锁，从而允许其他线程获取锁并访问资源。

读写锁（ReadWrite Lock）是一种特殊的锁类型，它允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。这样可以提高读操作的并发性能，但写操作会变得串行化，保证了数据的一致性。

自旋锁（Spinlock）是一种忙等待的锁，当一个线程需要获取锁时，它会循环忙等待，不断尝试获取锁，直到成功获取为止。自旋锁适用于对锁的占用时间较短的情况。

信号量（Semaphore）是一种更为通用的同步机制，除了可以用作锁，还可以用于线程间的信号通知。它基于计数器的概念，当计数器大于0时，线程可以获取信号量，当计数器减至0时，线程需要等待其他线程释放信号量。

锁的作用是保护共享资源的一致性和完整性，避免多个线程同时访问和修改共享资源导致的数据竞争和不确定性。但锁的过度使用或不合理使用可能会引起死锁、饥饿等问题，因此在应用中需要合理设计和使用锁机制。