爆肝操作系統(tǒng)面試題

面試季到了，希望這份操作系統(tǒng)面試題大集合能發(fā)揮作用。

這份面試題包含四十多道，涉及操作系統(tǒng)簡介篇、進程和線程篇、內(nèi)存管理篇、文

件系統(tǒng)篇、10篇、死鎖篇，囊括了校招面試和社招面試，希望能對彼此有幫助！

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話不多說，下面我們直接進入面試題。

操作系統(tǒng)簡介篇

解釋一下什么是操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是管理硬件和軟件的一種應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)是運行在計算機上最重要的

一種軟件，它管理計算機的資源和進程以及所有的硬件和軟件。它為計算機硬件和

軟件提供了一種中間層，使應(yīng)用軟件和硬件進行分離，讓我們無需關(guān)注硬件的實現(xiàn),

把關(guān)注點更多放在軟件應(yīng)用上。

電子郵件

音樂播放器

web瀏覽器閱讀器

通常情況下，計算機上會運行著許多應(yīng)用程序，它們都需要對內(nèi)存和CPU進行交

互，操作系統(tǒng)的目的就是為了呆證這些訪問和交互能夠準確無誤的進行。

臊作系統(tǒng)的主要功能

一般來說，現(xiàn)代操作系統(tǒng)主要泥供下面幾種功能

進程管理：進程管理的主要作用就是任務(wù)調(diào)度，在單核處理器下，操作系統(tǒng)會為每

個進程分配一個任務(wù)，進程管理的工作十分簡單；而在多核處理器下，操作系統(tǒng)除

了要為進程分配任務(wù)外，還要解決處理器的調(diào)度、分配和回收等問題

內(nèi)存管理：內(nèi)存管理主要是操作系統(tǒng)負責管理內(nèi)存的分配、回收，在進程需要時分

配內(nèi)存以及在進程完成時回收內(nèi)存，協(xié)調(diào)內(nèi)存資源，通過合理的頁面置換算法進行

頁面的換入換出

設(shè)備管理：根據(jù)確定的設(shè)備分配原則對設(shè)備進行分配，使設(shè)備與主機能夠并行工作,

為用戶提供良好的設(shè)備使用界面。

文件管理：有效地管理文件的存儲空間，合理地組織和管理文件系統(tǒng)，為文件訪問

和文件保護提供更有效的方法及手段。

提供用戶接口：操作系統(tǒng)提供了訪問應(yīng)用程序和硬件的接口，使用戶能夠通過應(yīng)用

程序發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用從而操縱硬件，實現(xiàn)想要的功能。

軟件訪問硬件的幾種方式

軟件訪問硬件其實就是一種10操作，軟件訪問硬件的方式，也就是I/O操作的

方式有哪些。

硬件在I/O上大致分為并行和串行，同時也對應(yīng)串行接口和并行接口。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，I/O控制方式也在不斷發(fā)展。選擇和衡量I/O控制方式

有如下三條原則

(1)數(shù)據(jù)傳送速度足夠快，能滿足用戶的需求但又不丟失數(shù)據(jù);

(2)系統(tǒng)開銷小，所需的處理控制程序少；

(3)能充分發(fā)揮硬件資源的能力，使I/O設(shè)備盡可能忙，而CPU

等待時間盡可能少。

根據(jù)以上控制原則，I/O操作可以分為四類

直接訪問：直接訪問由用戶進程直接控制主存或CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送。

直接程序控制方式又稱為忙/等待方式。

中斷驅(qū)動：為了減少程序直接控制方式下CPU的等待時間以及提高系統(tǒng)的并行程

度，系統(tǒng)引入了中斷機制。中斷機制引入后，外圍設(shè)備僅當操作正常結(jié)束或異常結(jié)

束時才向CPU發(fā)出中斷請求。在I/O設(shè)備輸入每個數(shù)據(jù)的過程中，由于無需CPU

的干預(yù)，一定程度上實現(xiàn)了CPU與I/O設(shè)備的并行工作。

上述兩種方法的特點都是以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送通過一段程序來實現(xiàn)，軟件

的傳送手段限制了數(shù)據(jù)傳送的速度。接下來介紹的這兩種I/O控制方式采用硬件

的方法來顯示I/O的控制

DMA直接內(nèi)存訪問：為了進一步減少CPU對I/O操作的干預(yù)，防止因并行操作設(shè)

備過多使CPU來不及處理或因速度不匹配而造成的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，引入了DMA控

制方式。

通道控制方式：通道，獨立于CPU的專門負責輸入輸出控制的處理機，它控制設(shè)

備與內(nèi)存直接進行數(shù)據(jù)交換。有自己的通道指令，這些指令由CPU啟動，并在操

作結(jié)束時向CPU發(fā)出中斷信號。

解釋一下操作系統(tǒng)的主要目的是什么

操作系統(tǒng)是一種軟件，它的主要目的有三種

管理訂算機資源，這些資源包括CPU、內(nèi)存、磁盤驅(qū)動器、打卬機等。

提供一種圖形界面，就像我們前面描述的那樣，它提供了用戶和計算機之間的橋梁。

為其他軟件提供服務(wù)，操作系統(tǒng)與軟件進行交互，以便為其分配運行所需的任何必

要資源。

操作系統(tǒng)的種類有哪些

操作系統(tǒng)通常預(yù)裝在你購買計算機之前。大部分用戶都會使用默認的操作系統(tǒng)，但

是你也可以升級甚至更改操作系統(tǒng)。但是一般常見的操作系統(tǒng)只有三種：Windows.

macOS和Linuxo

為什么Linux系統(tǒng)下的應(yīng)用程序不能直接在Windows下運行

這是一個老生常談的問題了，在這里給出具體的回答。

其中一點是因為Linux系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)的格式不同，格式就是協(xié)議，就是在

固定位置有意義的數(shù)據(jù)。Linux下的可執(zhí)行程序文件格式是elf,可以使

用readelf命令查看elf文件頭。

ELFHeader

.text

.data

.bss

othersections

Sectionheadertable

StringTables

SymbolTables

而Windows下的可執(zhí)行程序是PE格式，它是一種可移植的可執(zhí)行文件。

還有一點是因為Linux系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)的API不同，這個API指的就是

操作系統(tǒng)的API,Linux中的API被稱為系統(tǒng)調(diào)用，是通過int0x80這個軟

中斷實現(xiàn)的。而Windows中的API是放在動態(tài)鏈接庫文件中的，也就是Windows

開發(fā)人員所說的DLL,這是一個庫，里面包含代碼和數(shù)據(jù)。Linux中的可執(zhí)行

程序獲得系統(tǒng)資源的方法和Windows不一樣，所以顯然是不能在Windows中運行

的。

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單體系統(tǒng)

在大多數(shù)系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)在內(nèi)核態(tài)以單一程序的方式運行。整個操作系統(tǒng)是以程

序集合來編寫的，鏈接在一塊形成一個大的二進制可執(zhí)行程序，這種系統(tǒng)稱為單體

系統(tǒng)。

在單體系統(tǒng)中構(gòu)造實際目標程序時，會首先編譯所有單個過程(或包含這些過程的

文件)，然后使用系統(tǒng)鏈接器將它們?nèi)拷壎ǖ揭粋€可執(zhí)行文件中

在單體系統(tǒng)中，對于每個系統(tǒng)調(diào)用都會有一個服務(wù)程序來保障和運行。需要一組實

用程序來彌補服務(wù)程序需要的功能，例如從用戶程序中獲取數(shù)據(jù)?？蓪⒏鞣N過程劃

分為一個三層模型

服務(wù)程序

實用程序

除了在計算機初啟動時所裝載的核心操作系統(tǒng)外，許多操作系統(tǒng)還支持額外的擴

展。比如I/O設(shè)備驅(qū)動和文件系統(tǒng)。這些部件可以按需裝載。在UNIX中把它們

叫做共享庫(shared1ibrary),在Windows中則被稱為動態(tài)鏈接庫(Dynamic

LinkLibrary,DLL)o他們的擴展名為.dll,在C:\Windows\system32目錄下

存在1000多個DLL文件，所以不要輕易刪除C盤文件,否則可能就炸了哦。

分層系統(tǒng)

分層系統(tǒng)使用層來分隔不同的功能單元。每一層只與該層的上層和下層通信。每一

層都使用下面的層來執(zhí)行其功能。層之間的通信通過預(yù)定義的固定接口通信。

微內(nèi)核

為了實現(xiàn)高可靠性，將操作系統(tǒng)劃分成小的、層級之間能夠更好定義的模塊是很有

必要的，只有一個模塊-一微內(nèi)核--運行在內(nèi)核態(tài)，其余模塊可以作為普通用

戶進程運行。由于把每個設(shè)備驅(qū)動和文件系統(tǒng)分別作為普通用戶進程，這些模塊中

的錯誤雖然會使這些模塊崩潰，但是不會使整個系統(tǒng)死機Q

MINIX3是微內(nèi)核的代表作，它的具體結(jié)構(gòu)如下

在內(nèi)核的外部，系統(tǒng)的構(gòu)造有三層，它們都在用戶態(tài)下運行，最底層是設(shè)備驅(qū)動器。

由于它們都在用戶態(tài)下運行，所以不能物理的訪問I/O端口空間，也不能直接發(fā)

出I/O命令。相反，為了能夠?qū)/O設(shè)備編程，驅(qū)動器構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)，指明哪個

參數(shù)值寫到哪個I/O端口，并聲稱一個內(nèi)核調(diào)用，這樣就完成了一次調(diào)用過程。

客戶-服務(wù)器模式

微內(nèi)核思想的策略是把進程劃分為兩類：服務(wù)器，每個服務(wù)器用來提供服務(wù)；客戶

端，使用這些服務(wù)。這個模式就是所謂的客戶-服務(wù)器模式。

客戶-服務(wù)器模式會有兩種載體，一種情況是一臺計算機既是客戶又是服務(wù)器，在

這種方式下，操作系統(tǒng)會有某種優(yōu)化；但是普遍情況下是客戶端和服務(wù)器在不同的

機器上，它們通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)連接。

客戶通過發(fā)送消息與服務(wù)器通信，客戶端并不需要知道這些消息是在本地機器上處

理，還是通過網(wǎng)絡(luò)被送到遠程機器上處理。對于客戶端而言，這兩種情形是一樣的：

都是發(fā)送請求并得到回應(yīng)。

為什么稱為陷入內(nèi)核

如果把軟件結(jié)構(gòu)進行分層說明的話，應(yīng)該是這個樣子的，最外層是應(yīng)用程序，里面

是操作系統(tǒng)內(nèi)核。

應(yīng)用程序處于特權(quán)級3,操作系統(tǒng)內(nèi)核處于特權(quán)級0o如果月戶程序想要訪問操

作系統(tǒng)資源時，會發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用，陷入內(nèi)核，這樣CPU就進入了內(nèi)核態(tài)，執(zhí)行內(nèi)

核代碼。至于為什么是陷入，我們看圖，內(nèi)核是一個凹陷的構(gòu)造，有陷下去的感覺，

所以稱為陷入。

什么是用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)是操作系統(tǒng)的兩種運行狀態(tài)。

內(nèi)核態(tài)：處于內(nèi)核態(tài)的CPU可以訪問任意的數(shù)據(jù)，包括外圍設(shè)備，比如網(wǎng)卡、硬

盤等，處于內(nèi)核態(tài)的CPU可以從一個程序切換到另外一個程序，并且占用CPU不

會發(fā)生搶占情況，一般處于特權(quán)級0的狀態(tài)我們稱之為內(nèi)核態(tài)。

用戶態(tài)：處于用戶態(tài)的CPU只能受限的訪問內(nèi)存，并且不允許訪問外圍設(shè)備，用

戶態(tài)下的CPU不允許獨占，也就是說CPU能夠被其他程序獲取。

那么為什么要有用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)呢？

這個主要是訪問能力的限制的考量，計算機中有一些比較危險的操作，比如設(shè)置時

鐘、內(nèi)存清理，這些都需要在內(nèi)核態(tài)下完成，如果隨意進行這些操作，那你的系統(tǒng)

得崩潰多少次。

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)是如何切換的？

所有的用戶進程都是運行在用戶態(tài)的，但是我們上面也說了，用戶程序的訪問能力

有限，一些比較重要的比如從便盤讀取數(shù)據(jù)，從鍵盤獲取數(shù)據(jù)的操作則是內(nèi)核態(tài)才

能做的事情，而這些數(shù)據(jù)卻又對用戶程序來說非常重要。所以就涉及到兩種模式下

的轉(zhuǎn)換，即用戶態(tài)->內(nèi)核態(tài)->用戶態(tài)，而唯一能夠做這些操作的只有系統(tǒng)調(diào)

用，而能夠執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的就只有操作系統(tǒng)。

一般用戶態(tài)->內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換我們都稱之為trap進內(nèi)核，也被稱之為陷阱指令

(trapinstruction)。

他們的工作流程如下：

首先用戶程序會調(diào)用glibc庫，glibc是一個標準庫，同時也是一套核心庫,

庫中定義了很多關(guān)鍵APIo

glibc庫知道針對不同體系結(jié)構(gòu)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的正確方法，它會根據(jù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用

程序的二進制接口設(shè)置用戶進程傳遞的參數(shù)，來準備系統(tǒng)調(diào)用。

然后，glibc庫調(diào)用軟件中斷指令(SWI),這個指令通過更新CPSR寄存器將

模式改為超級用戶模式，然后跳轉(zhuǎn)到地址0x08處。

到目前為止，整個過程仍處于用戶態(tài)下，在執(zhí)行SWI指令后，允許進程執(zhí)行內(nèi)核

代碼，MMU現(xiàn)在允許內(nèi)核虛擬內(nèi)存訪問

從地址0x08開始，進程執(zhí)行加載并跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序，這個程序就是ARM中

的vectorswi()。

在vector_swi()處，從SWI指令中提取系統(tǒng)調(diào)用號SCNO,然后使用SCNO作

為系統(tǒng)調(diào)用表sys_call_table的索引，調(diào)轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。

執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用完成后，將還原用戶模式寄存器，然后再以用戶模式執(zhí)行。

什么是內(nèi)核

在計算機中，內(nèi)核是一個計算機程序，它是操作系統(tǒng)的核心，可以控制操作系統(tǒng)中

所有的內(nèi)容。內(nèi)核通常是在bootloader裝載程序之前加載的第一個程序。

這里還需要了解一下什么是bootloadero

bootloader又被稱為引導(dǎo)加載程序，能夠?qū)⒂嬎銠C的操作系統(tǒng)放入

內(nèi)存中。在電源通電或者計算機重啟時，BIOS會執(zhí)行一些初始測試，

然后將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到引導(dǎo)加載程序所在的主引導(dǎo)記錄(M3R)o

什么是實時系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)對時間做出了嚴珞的要求，實時操作系統(tǒng)分為兩種：硬實時和軟實時

硬實時操作系統(tǒng)規(guī)定某個動作必須在規(guī)定的時刻內(nèi)完成或發(fā)生，比如汽車生產(chǎn)車

間，焊接機器必須在某一時刻內(nèi)完成焊接，焊接的太早或者太晚都會對汽車造成永

久性傷害。

軟實時操作系統(tǒng)雖然不希望偶爾違反最終的時限要求，但是仍然可以接受。并且不

會引起任何永久性傷害。比如數(shù)字音頻、多媒體、手機都是屬于軟實時操作系統(tǒng)。

你可以簡單理解硬實時和軟實時的兩個指標：是否在時刻內(nèi)必須完成以及是否造成

嚴重損害。

Linux操作系統(tǒng)的啟動過程

當計算機電源通電后，BIOS會進行開機自檢(PowerOn-Self-Test,POST),對硬件

進行檢測和初始化。因為操作系統(tǒng)的啟動會使用到磁盤、屏幕、鍵盤、鼠標等設(shè)備。

下一步，磁盤中的第一個分區(qū)，也被稱為MBR(MasterBootRecord)主引導(dǎo)記

錄，被讀入到一個固定的內(nèi)存區(qū)域并執(zhí)行。這個分區(qū)中有一個非常小的，只有512

字節(jié)的程序。程序從磁盤中調(diào)入boot獨立程序，boot程序?qū)⒆陨韽?fù)制到高位地

址的內(nèi)存從而為操作系統(tǒng)釋放低位地址的內(nèi)存。

復(fù)制完成后，boot程序讀取啟動設(shè)備的根目錄。boot程序要理解文件系統(tǒng)和目錄

格式。然后boot程序被調(diào)入內(nèi)核，把控制權(quán)移交給內(nèi)核。直到這里，boot完成

了它的工作。系統(tǒng)內(nèi)核開始運行。

內(nèi)核啟動代碼是使用匯編語言完成的，主要包括創(chuàng)建內(nèi)核堆棧、識別CPU類型、

計算內(nèi)存、禁用中斷、啟動內(nèi)存管理單元等，然后調(diào)用C語言的main函數(shù)執(zhí)行

操作系統(tǒng)部分。

這部分也會做很多事情，首先會分配一個消息緩沖區(qū)來存放調(diào)試出現(xiàn)的問題，調(diào)試

信息會寫入緩沖區(qū)。如果調(diào)試出現(xiàn)錯誤，這些信息可以通過診斷程序調(diào)出來。

然后操作系統(tǒng)會進行自動配置，檢測設(shè)備，加載配置文件，被檢測設(shè)備如果做出響

應(yīng)，就會被添加到已鏈接的設(shè)備表中，如果沒有相應(yīng)，就歸為未連接直接忽略。

配置完所有硬件后，接下來要做的就是仔細手工處理進程0,設(shè)置其堆棧，然后運

行它，執(zhí)行初始化、配置時鐘、掛載文件系統(tǒng)。創(chuàng)建init進程（進程1）和守

護進程（進程2）。

init進程會檢測它的標志以確定它是否為單用戶還是多用戶服務(wù)。在前一種情況

中，它會調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建一個shell進程，并且等待這人進程結(jié)束。后一種

情況調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建一個運行系統(tǒng)初始化的shell腳本（即/etc/rc）的進

程，這個進程可以進行文件系統(tǒng)一致性檢測、掛載文件系統(tǒng)、開啟守護進程等。

然后/etc/rc這個進程會從/etc/ttys中讀取數(shù)據(jù)，/etc/ttys列出了所有的終

端和屬性。對于每一個啟用的終端，這個進程調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建一個自身的副本，

進行內(nèi)部處理并運行一個名為getty的程序。

getty程序會在終端上輸入

login:

等待用戶輸入用戶名，在輸入用戶名后，getty程序結(jié)束，登陸程

序/bin/login開始運行。login程序需要輸入密碼，并與保存

在/etc/passwd中的密碼進行對比，如果輸入正確，login程序以用戶shell

程序替換自身，等待第一個命令。如果不正確，login程序要求輸入另一個用戶名。

整個系統(tǒng)啟動過程如下

執(zhí)行硬件初始化

MBRKernel

自檢完成，導(dǎo)入MBR

BIOS調(diào)入內(nèi)核

開機自檢BOOT

手工設(shè)置

文件系統(tǒng)

磁盤鍵盤

進程和線程篇

多處理系統(tǒng)的優(yōu)勢

隨著處理器的不斷增加，我們的計算機系統(tǒng)由單機系統(tǒng)變?yōu)榱硕嗵幚硐到y(tǒng)，多處理

系統(tǒng)的吞吐量比較高，多處理系統(tǒng)擁有多個并行的處理器，這些處理器共享時鐘、

內(nèi)存、總線、外圍設(shè)備等。

多處理系統(tǒng)由于可以共享資源，因此可以開源節(jié)流，省錢。整個系統(tǒng)的可靠性也隨

之提高。

什么是進程和進程表

進程就是正在執(zhí)行程序的實例，比如說Web程序就是一個進程，shell也是一個

進程，文章編輯器typora也是一個進程。

操作系統(tǒng)負責管理所有正在運行的進程，操作系統(tǒng)會為每個進程分配特定的時間來

占用CPU,操作系統(tǒng)還會為每個進程分配特定的資源。

操作系統(tǒng)為了跟蹤每個進程的活動狀態(tài)，維護了一個進程表。在進程表的內(nèi)部，列

出了每個進程的狀態(tài)以及每個進程使用的資源等。

什么是線程，線程和進程的區(qū)別

這又是一道老生常談的問題了，從操作系統(tǒng)的角度來回答一下吧。

我們上面說到進程是正在運行的程序的實例，而線程其實就是進程中的單條流向，

因為線程具有進程中的某些屬性，所以線程又被稱為輕量級的進程。瀏覽器如果是

一個進程的話，那么瀏覽器下面的每個tab頁可以看作是一個個的線程。

下面是線程和進程持有資源的區(qū)別

每個進程中的內(nèi)容每個線程中的內(nèi)容

地址空間程序計數(shù)器

全局變量寄存器

打開文件堆棧

子進程狀態(tài)

即將發(fā)生的定時器

信號與信號處理程序

賬戶信息

線程不像進程那樣具有很強的獨立性，線程之間會共享數(shù)據(jù)

創(chuàng)建線程的開銷要比進程小很多，因為創(chuàng)建線程僅僅需要堆棧指針和程序計數(shù)器就

可以了，而創(chuàng)建進程需要操作系統(tǒng)分配新的地址空間，數(shù)據(jù)資源等，這個開銷比較

大。

什么是上下文切換

對于單核單線程CPU而言，在某一時刻只能執(zhí)行一條CPU指令。上下文切換

(ContextSwitch)是一種將CPU資源從一個進程分配給另一個進程的機制。從

用戶角度看，計算機能夠并行運行多個進程，這恰恰是操作系統(tǒng)通過快速上下文切

換造成的結(jié)果。在切換的過程中，操作系統(tǒng)需要先存儲當前進程的狀態(tài)(包括內(nèi)存

空間的指針，當前執(zhí)行完的指令等等），再讀入下一個進程的狀態(tài)，然后執(zhí)行此進

程。

使用多線程的好處是什么

多線程是程序員不得不知的基本素養(yǎng)之一，所以，下面我們給出一些多線程編程的

好處

能夠提高對用戶的響應(yīng)順序

在流程中的資源共享

比較經(jīng)濟適用

能夠?qū)Χ嗑€程架構(gòu)有深入的理解

進程終止的方式

進程的終止

進程在創(chuàng)建之后，它就開始運行并做完成任務(wù)。然而，沒有什么事兒是永不停歇的,

包括進程也一樣。進程早晚會發(fā)生終止，但是通常是由于以下情況觸發(fā)的

正常退出（自愿的）

錯誤退出（自愿的）

嚴重錯誤（非自愿的）

被其他進程殺死（非自愿的）

正常退出

多數(shù)進程是由于完成了工作而終止。當編譯器完成了所給定程序的編譯之后，編譯

器會執(zhí)行一個系統(tǒng)調(diào)用告訴操作系統(tǒng)它完成了工作。這個調(diào)用在UNIX中

是exit,在Windows中是ExitProcesso面向屏幕中的軟件也支持自愿終止

操作。字處理軟件、Internet瀏覽器和類似的程序中總有一個供用戶點擊的圖標

或菜單項，用來通知進程刪除它所打開的任何臨時文件，然后終止。

錯誤退出

進程發(fā)生終止的第二個原因是發(fā)現(xiàn)嚴重錯誤，例如，如果用戶次行如下命令

ccfoo.C

為了能夠編譯foo.c但是該文件不存在，于是編譯器就會發(fā)出聲明并退出。在給

出了錯誤參數(shù)時，面向屏幕的交互式進程通常并不會直接退出，因為這從用戶的角

度來說并不合理，用戶需要知道發(fā)生了什么并想要進行重試，所以這時候應(yīng)用程序

通常會彈出一個對話框告知用戶發(fā)生了系統(tǒng)錯誤，是需要重試還是退出。

嚴重錯誤

進程終止的第三個原因是由進程引起的錯誤，通常是由于程序中的錯誤所導(dǎo)致的。

例如，執(zhí)行了一條非法指令，引用不存在的內(nèi)存，或者除數(shù)是0等。在有些系統(tǒng)

比如UNIX中，進程可以通知操作系統(tǒng)，它希望自行處理某種類型的錯誤，在這類

錯誤中，進程會收到信號（中斷），而不是在這類錯誤出現(xiàn)時直接終止進程。

被其他進程殺死

第四個終止進程的原因是，某個進程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用告訴操作系統(tǒng)殺死某個進程。在

UNIX中，這個系統(tǒng)調(diào)用是kil1o在Win32中對應(yīng)的函數(shù)是TerminateProcess

（注意不是系統(tǒng)調(diào)用）。

進程間的通信方式

進程間的通信方式比較多，首先你需要理解下面這幾個概念

競態(tài)條件：即兩個或多個線程同時對一共享數(shù)據(jù)進行修改，從而影響程序運行的正

確性時，這種就被稱為競態(tài)條件（racecondition）o

臨界區(qū)：不僅共享資源會造成競態(tài)條件，事實上共享文件、共享內(nèi)存也會造成競態(tài)

條件、那么該如何避免呢？或許一句話可以概括說明：禁止一個或多個進程在同一

時刻對共享資源（包括共享內(nèi)存、共享文件等）進行讀寫。換句話說，我們需要一

種互斥（mulualexclusion）條件，這也就是說，如果一個進程在某種方式下使

用共享變量和文件的話，除該進程之外的其他進程就禁止做這種事（訪問統(tǒng)一資

源）。

一個好的解決方案，應(yīng)該包含下面四種條件

任何時候兩個進程不能同時處于臨界區(qū)

2.

3.

不應(yīng)對CPU的速度和數(shù)量做任何假設(shè)

4.

5.

位于臨界區(qū)外的進程不得阻塞其他進程

6.

7.

不能使任何進程無限等待進入臨界區(qū)

8.

忙等互斥：當一個進程在對資源進行修改時，其他進程必須進行等待，進程之間要

具有互斥性，我們討論的解決方案其實都是基于忙等互斥提出的。

進程間的通信用專業(yè)一點的術(shù)語來表示就是InterProcessCommunication,IPC,

它主要有下面7。種通信方式

消息傳遞：消息傳遞是進程間實現(xiàn)通信和同步等待的機制，使用消息傳遞，進程間

的交流不需要共享變量，直接就可以進行通信；消息傳遞分為發(fā)送方和接收方

先進先出隊列：先進先出隊列指的是兩個不相關(guān)聯(lián)進程間的通信，兩個進程之間可

以彼此相互進程通信，這是一種全雙工通信方式

管道：管道用于兩個相關(guān)進程之間的通信，這是一種半雙工的通信方式，如果需要

全雙工，需要另外一個管道。

直接通佶：在這種進程通信的方式中，進程與進程之間只存在一條鏈接，進程間要

明確通信雙方的命名。

間接通信：間接通信是通信雙方不會直接建立連接，而是找到一個中介者，這個中

介者可能是個對象等等，進程可以在其中放置消息，并且可以從中刪除消息，以此

達到進程間通信的目的。

消息隊列：消息隊列是內(nèi)核中存儲消息的鏈表，它由消息隊列標識符進行標識，這

種方式能夠在不同的進程之間泥供全雙工的通信連接。

共享內(nèi)存：共享內(nèi)存是使用所有進程之間的內(nèi)存來建立連接，這種類型需要同步進

程訪問來相互保護。

進程間狀態(tài)模型

進程的三態(tài)模型

當一個進程開始運行時，它可能會經(jīng)歷下面這幾種狀態(tài)

圖中會涉及三種狀態(tài)

1.

運行態(tài)：運行態(tài)指的就是進程實際占用CPU時間片運行時

2.

3.

就緒態(tài)：就緒態(tài)指的是可運行，但因為其他進程正在運行而處于就緒狀態(tài)

4.

5.

阻塞態(tài)：阻塞態(tài)又被稱為睡眠態(tài)，它指的是進程不具備運行條件，正在等待被CPU

調(diào)度。

6.

邏輯上來說，運行態(tài)和就緒態(tài)是很相似的。這兩種情況下都表示進程可運行，但是

第二種情況沒有獲得CPU時間分片。第三種狀態(tài)與前兩種狀態(tài)不同的原因是這個

進程不能運行，CPU空閑時也不能運行。

三種狀態(tài)會涉及四種狀態(tài)間的刃換，在操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)進程不能繼續(xù)執(zhí)行時會發(fā)生狀

態(tài)1的輪轉(zhuǎn)，在某些系統(tǒng)中進程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，例如pause,來獲取一個阻塞的

狀態(tài)。在其他系統(tǒng)中包括UNIX,當進程從管道或特殊文件（例如終端）中讀取沒

有可用的輸入時，該進程會被芻動終止。

轉(zhuǎn)換2和轉(zhuǎn)換3都是由進程調(diào)度程序（操作系統(tǒng)的一部分）引起的，進程本身不

知道調(diào)度程序的存在。轉(zhuǎn)換2的出現(xiàn)說明進程調(diào)度器認定當前進程已經(jīng)運行了足

夠長的時間，是時候讓其他進程運行CPU時間片了。當所有其他進程都運行過后，

這時候該是讓第一個進程重新獲得CPU時間片的時候了，就會發(fā)生轉(zhuǎn)換3。

程序調(diào)度指的是，決定哪個進程優(yōu)先被運行和運行多久，這是很重

要的一點。已經(jīng)設(shè)計出許多算法來嘗試平衡系統(tǒng)整體效率與各個流程

之間的競爭需求。

當進程等待的一個外部事件發(fā)生時（如從外部輸入一些數(shù)據(jù)后），則發(fā)生轉(zhuǎn)換4。

如果此時沒有其他進程在運行：則立刻觸發(fā)轉(zhuǎn)換3,該進程便開始運行，否則該進

程會處于就緒階段，等待CPU空閑后再輪到它運行。

進程的五態(tài)模型

在三態(tài)模型的基礎(chǔ)上，增加了兩個狀態(tài)，即新建和終止狀態(tài)。

新建態(tài)：進程的新建態(tài)就是進程剛創(chuàng)建出來的時候

創(chuàng)建進程需要兩個步驟：即為新進程分配所需要的資源和空間，設(shè)置

進程為就緒態(tài)，并等待調(diào)度執(zhí)行。

終止態(tài)：進程的終止態(tài)就是指進程執(zhí)行完畢，到達結(jié)束點，或者因為錯誤而不得不

中止進程。

終止一個進程需要兩個步驟：

1.

先等待操作系統(tǒng)或相關(guān)的進程進行善后處理。

2.

3.

然后回收占用的資源并被系統(tǒng)刪除。

4.

調(diào)度算法都有哪些

調(diào)度算法分為三大類：批處理中的調(diào)度、交互系統(tǒng)中的調(diào)度、實時系統(tǒng)中的調(diào)度

批處理中的調(diào)度

先來先服務(wù)

很像是先到先得。。?？赡茏詈唵蔚姆菗屨际秸{(diào)度算法的設(shè)計就是先來先服務(wù)

(first-come,firstserverd),使用此算法，將按照請求順序為進程分配CPU。最

基本的，會有一個就緒進程的等待隊列。當?shù)谝粋€任務(wù)從外部進入系統(tǒng)時，將會立

即啟動并允許運行任意長的時間。它不會因為運行時間太長而中斷。當其他作業(yè)進

入時，它們排到就緒隊列尾部＜當正在運行的進程阻塞，處于等待隊列的第一個進

程就開始運行。當一個阻塞的進程重新處于就緒態(tài)時，它會像一個新到達的任務(wù)，

會排在隊列的末尾，即排在所有進程最后。

這個算法的強大之處在于易于理解和編程，在這個算法中，一個單鏈表記錄了所有

就緒進程。要選取一個進程運行，只要從該隊列的頭部移走一個進程即可；要添加

一個新的作業(yè)或者阻塞一個進程，只要把這個作業(yè)或進程附加在隊列的末尾即可。

這是很簡單的一種實現(xiàn)。

不過，先來先服務(wù)也是有缺點的，那就是沒有優(yōu)先級的關(guān)系，試想一下，如果有100

個I/O進程正在排隊，第101個是一個CPU密集型進程，那豈不是需要等100

個I/O進程運行完畢才會等到一個CPU密集型進程運行，這在實際情況下根本不

可能，所以需要優(yōu)先級或者搶占式進程的出現(xiàn)來優(yōu)先選擇重要的進程運行。

最短作業(yè)優(yōu)先

批處理中，第二種調(diào)度算法是最短作業(yè)優(yōu)先(ShortestJobFirst),我們假設(shè)運

行時間已知。例如，一家保險公司，因為每天要做類似的工作，所以人們可以相當

精確地預(yù)測處理1000個索賠的一批作業(yè)需要多長時間。當輸入隊列中有若干個同

等重要的作業(yè)被啟動時，調(diào)度程序應(yīng)使用最短優(yōu)先作業(yè)算法

8444444

ABCDBCD

ab

按原有次數(shù)運行4個作業(yè)按1R短作業(yè)優(yōu)先次序進行

如上圖a所示，這里有4個作業(yè)A、B、C、D,運行時間分別為8、4、4、4分

鐘。若按圖中的次序運行，則A的周轉(zhuǎn)時間為8分鐘，B為12分鐘，C為16

分鐘，D為20分鐘，平均時間內(nèi)為14分鐘。

現(xiàn)在考慮使用最短作業(yè)優(yōu)先算法運行4個作業(yè)，如上圖b所示，目前的周轉(zhuǎn)時間

分別為4、8、12、20,平均為11分鐘，可以證明最短作業(yè)優(yōu)先是最優(yōu)的?？紤]

有4個作業(yè)的情況，其運行時間分別為a、b、c、do第一個作業(yè)在時間a結(jié)束，

第二個在時間a+b結(jié)束，以此類推。平均周轉(zhuǎn)時間為(4a+3b+2c+d)/4。

顯然a對平均值的影響最大，所以a應(yīng)該是最短優(yōu)先作業(yè)，其次是b,然后是

c,最后是d它就只能影響自己的周轉(zhuǎn)時間了。

需要注意的是，在所有的進程都可以運行的情況下，最短作業(yè)優(yōu)先的

算法才是最優(yōu)的。

最短剩余時間優(yōu)先

最短作業(yè)優(yōu)先的搶占式版本被稱作為最短剩余時間優(yōu)先(ShortestRemaining

TimeNext)算法。使用這個算法，調(diào)度程序總是選擇剩余運行時間最短的那個進

程運行。當一個新作業(yè)到達時，其整個時間同當前進程的剩余時間做比較。如果新

的進程比當前運行進程需要更少的時間，當前進程就被掛起，而運行新的進程。這

種方式能夠使短期作業(yè)獲得良好的服務(wù)。

交互式系統(tǒng)中的調(diào)度

交互式系統(tǒng)中在個人計算機、服務(wù)器和其他系統(tǒng)中都是很常用的，所以有必要來探

討一下交互式調(diào)度

輪詢調(diào)度

一種最古老、最簡單、最公平并且最廣泛使用的算法就是輪詢算法

(round-robin)0每個進程都會被分配一個時間段，稱為時間片(quantum),在這個

時間片內(nèi)允許進程運行。如果時間片結(jié)束時進程還在運行的話，則搶占一個CPU并

將其分配給另一個進程。如果進程在時間片結(jié)束前阻塞或結(jié)束，則CPU立即進行

切換。輪詢算法比較容易實現(xiàn)。調(diào)度程序所做的就是維護一個可運行進程的列表，

就像下圖中的a,當一個進程用完時間片后就被移到隊列的末尾，就像下圖的bo

當前進程下一個進程

a

可運行進程列表

當前進程

進程B用完時間片后的可運行列表

優(yōu)先級調(diào)度

事實情況是不是所有的進程都是優(yōu)先級相等的。例如，在一所大學(xué)中的等級制度，

首先是院長