2025年linux軟件工程師筆試題及答案一、基礎(chǔ)題（每題5分，共40分）1.簡述Linux文件系統(tǒng)中inode的作用，并說明如何查看一個文件的inode編號。答案：inode是Linux文件系統(tǒng)中存儲文件元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，包含文件大小、權(quán)限、創(chuàng)建/修改時間、數(shù)據(jù)塊指針等信息（文件名存儲在目錄的塊中，不占用inode）。每個文件/目錄對應(yīng)唯一inode號。查看inode編號可使用`ls-i`命令（如`ls-i/etc/passwd`），或`stat`命令查看輸出中的"Inode"字段。2.當執(zhí)行`rmfile.txt`時，文件數(shù)據(jù)是否立即被操作系統(tǒng)擦除？說明原因。答案：不會立即擦除。rm命令僅刪除文件的目錄項（即斷開文件名與inode的鏈接），并減少inode的鏈接計數(shù)。當鏈接計數(shù)降為0且無進程打開該文件（即文件描述符引用計數(shù)為0）時，文件占用的數(shù)據(jù)塊才會被標記為可重用。數(shù)據(jù)本身會在后續(xù)寫入新數(shù)據(jù)時被覆蓋。3.寫出`psaux`輸出中"VSZ"和"RSS"字段的含義，并說明二者的區(qū)別。答案：VSZ（VirtualMemorySize）是進程虛擬內(nèi)存總大小，包括進程可訪問的所有內(nèi)存區(qū)域（代碼段、數(shù)據(jù)段、共享庫、未分配但保留的空間等）；RSS（ResidentSetSize）是進程當前駐留物理內(nèi)存的大?。▽嶋H占用的RAM）。VSZ可能遠大于RSS，因為虛擬內(nèi)存中很多區(qū)域未被實際加載到物理內(nèi)存（如未使用的共享庫頁面）。4.編寫一個shell腳本，統(tǒng)計當前系統(tǒng)中所有狀態(tài)為"ESTABLISHED"的TCP連接數(shù)量（要求使用netstat或ss命令）。答案：```bash!/bin/bash使用ss命令更高效（替代netstat）ss-tstateestablished|awk'NR>1{count++}END{printcount}'或使用netstatnetstat-ant|grepESTABLISHED|wc-l```（注：ss命令比netstat更高效，因為它直接讀取內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）5.說明硬鏈接（hardlink）和符號鏈接（symboliclink）的區(qū)別，以及創(chuàng)建它們的命令。答案：硬鏈接通過增加inode的鏈接計數(shù)實現(xiàn)，與原文件共享同一inode，無法跨文件系統(tǒng)創(chuàng)建，刪除原文件不影響硬鏈接（只要鏈接計數(shù)>0）；符號鏈接是獨立文件，存儲原文件路徑，可跨文件系統(tǒng)，原文件刪除后符號鏈接變?yōu)椤皵噫湣?。?chuàng)建硬鏈接用`ln源文件硬鏈接名`，符號鏈接用`ln-s源文件符號鏈接名`。6.簡述Linux內(nèi)核中進程（process）和線程（thread）的區(qū)別，以及內(nèi)核如何調(diào)度它們。答案：進程是資源分配的基本單位（擁有獨立的地址空間、文件描述符表等），線程是調(diào)度執(zhí)行的基本單位（共享進程的資源，僅擁有獨立的寄存器、棧、線程ID等）。Linux內(nèi)核通過輕量級進程（LWP）實現(xiàn)線程，每個線程在內(nèi)核中表現(xiàn)為獨立的task_struct結(jié)構(gòu)，調(diào)度時與普通進程使用相同的調(diào)度算法（如CFS），但共享父進程的資源。7.當使用`tar-czvfarchive.tar.gzdir/`打包目錄時，`-z`和`-v`參數(shù)的作用分別是什么？若要排除目錄中所有擴展名為.swap的文件，應(yīng)如何修改命令？答案：`-z`表示使用gzip壓縮算法；`-v`表示顯示詳細輸出（列出處理的文件）。排除.swap文件可使用`--exclude='.swap'`參數(shù)，完整命令：`tar-czvfarchive.tar.gz--exclude='.swap'dir/`。8.簡述Linux系統(tǒng)中用戶空間與內(nèi)核空間的隔離機制，以及用戶程序如何調(diào)用內(nèi)核功能。答案：通過CPU的特權(quán)級（x86的ring0/ring3）實現(xiàn)隔離，內(nèi)核運行在ring0（特權(quán)模式），用戶程序運行在ring3（用戶模式），用戶空間無法直接訪問內(nèi)核內(nèi)存或硬件。用戶程序通過系統(tǒng)調(diào)用（如`open()`、`read()`）陷入內(nèi)核，觸發(fā)軟中斷（如x86的int0x80或syscall指令），切換到內(nèi)核態(tài)執(zhí)行對應(yīng)內(nèi)核函數(shù)，完成后返回用戶態(tài)。二、進階題（每題8分，共40分）1.簡述Linux內(nèi)核模塊（kernelmodule）的加載過程，并說明如何查看已加載模塊的依賴關(guān)系。答案：加載過程：①用戶使用`insmod`或`modprobe`命令將模塊二進制文件（.ko）加載到內(nèi)核；②內(nèi)核檢查模塊的合法性（如MagicNumber、符號表）；③執(zhí)行模塊初始化函數(shù)（`module_init()`注冊的函數(shù)），可能申請內(nèi)存、注冊設(shè)備驅(qū)動、創(chuàng)建文件系統(tǒng)節(jié)點等；④更新內(nèi)核模塊鏈表，記錄模塊信息（如引用計數(shù)）。查看依賴關(guān)系可使用`modinfo模塊名`（顯示depends字段）或`lsmod`（列出所有模塊及其引用計數(shù)），`modprobe-d模塊名`也可查看依賴樹。2.解釋虛擬內(nèi)存（VirtualMemory）到物理內(nèi)存（PhysicalMemory）的映射機制，涉及哪些關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和硬件支持？答案：虛擬內(nèi)存通過頁表（PageTable）映射到物理內(nèi)存。x86-64系統(tǒng)使用四級頁表（PML4、PDPT、PD、PT），每個頁表項（PTE）存儲物理頁框號（PFN）及訪問權(quán)限、臟位等標志。硬件支持包括MMU（內(nèi)存管理單元）負責地址轉(zhuǎn)換，TLB（轉(zhuǎn)換后援緩沖器）緩存最近使用的頁表項以加速轉(zhuǎn)換。當虛擬頁未映射到物理內(nèi)存（缺頁中斷）時，內(nèi)核從磁盤（交換分區(qū)或文件）加載對應(yīng)頁到物理內(nèi)存，并更新頁表。3.簡述CFS（CompletelyFairScheduler）調(diào)度器的核心思想，說明其如何實現(xiàn)“公平”調(diào)度。答案：CFS基于“虛擬運行時間”（vruntime）實現(xiàn)公平調(diào)度。每個進程的vruntime根據(jù)實際運行時間和權(quán)重（nice值轉(zhuǎn)換而來）計算（vruntime=實際運行時間(NICE_0_LOAD/進程權(quán)重)）。CFS維護一個紅黑樹（rbtree），按vruntime排序，每次選擇vruntime最小的進程運行，確保所有進程的vruntime盡可能接近，避免進程長時間等待。對于實時進程（優(yōu)先級高于0），CFS會讓位于實時調(diào)度類（如FIFO/RR）。4.說明epoll的LT（LevelTriggered）和ET（EdgeTriggered）模式的區(qū)別，并舉例說明ET模式的使用注意事項。答案：LT模式（水平觸發(fā)）：當文件描述符就緒（如可讀）時，epoll會重復(fù)通知（只要數(shù)據(jù)未被完全讀?。?；ET模式（邊緣觸發(fā)）：僅在狀態(tài)變化時通知一次（如從不可讀到可讀的瞬間）。ET模式要求用戶必須一次性讀取所有可用數(shù)據(jù)（如循環(huán)調(diào)用`read()`直到返回EAGAIN），否則可能丟失事件。例如，使用ET模式監(jiān)聽socket可讀事件時，需在`read()`返回-1且`errno==EAGAIN`時停止讀取，否則剩余數(shù)據(jù)不會再次觸發(fā)通知，導(dǎo)致數(shù)據(jù)積壓。5.簡述Linux內(nèi)核中內(nèi)存泄漏（MemoryLeak）的常見場景及調(diào)試方法。答案：常見場景：①內(nèi)核模塊中申請內(nèi)存（如`kmalloc()`、`vmalloc()`）后未釋放；②分配的內(nèi)核對象（如`structtask_struct`）未正確釋放引用計數(shù)；③設(shè)備驅(qū)動中DMA緩沖區(qū)未正確釋放。調(diào)試方法：①使用`kmemleak`工具（需內(nèi)核配置`CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK`），通過`echoscan>/sys/kernel/debug/kmemleak`觸發(fā)掃描，輸出泄漏的內(nèi)存地址和調(diào)用棧；②`slabtop`查看slab緩存使用情況，定位異常增長的緩存；③內(nèi)核調(diào)試符號（`CONFIG_DEBUG_INFO`）配合`gdb`分析內(nèi)核轉(zhuǎn)儲（kdump）；④自定義鉤子函數(shù)（如覆蓋`kmalloc`/`kfree`）記錄分配/釋放操作。三、編程題（每題10分，共30分）1.編寫C程序，使用多線程實現(xiàn)文件拷貝功能，要求支持指定線程數(shù)（通過命令行參數(shù)傳入）和分塊大?。ㄈ缑烤€程處理1MB數(shù)據(jù)）。需處理文件大小不能被分塊數(shù)整除的情況。答案：```cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>include<pthread.h>include<fcntl.h>include<unistd.h>include<sys/stat.h>typedefstruct{intsrc_fd,dest_fd;off_tstart;off_tend;size_tblock_size;}ThreadArgs;voidcopy_thread(voidarg){ThreadArgsargs=(ThreadArgs)arg;charbuffer=malloc(args->block_size);if(!buffer){perror("malloc");pthread_exit(NULL);}lseek(args->src_fd,args->start,SEEK_SET);lseek(args->dest_fd,args->start,SEEK_SET);off_tcurrent=args->start;while(current<args->end){size_tread_size=(args->end-current)<args->block_size?(args->end-current):args->block_size;ssize_tbytes_read=read(args->src_fd,buffer,read_size);if(bytes_read<=0)break;write(args->dest_fd,buffer,bytes_read);current+=bytes_read;}free(buffer);returnNULL;}intmain(intargc,charargv[]){if(argc!=5){fprintf(stderr,"Usage:%s<src><dest><thread_num><block_size(MB)>\n",argv[0]);return1;}intsrc_fd=open(argv[1],O_RDONLY);intdest_fd=open(argv[2],O_WRWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);if(src_fd<0||dest_fd<0){perror("open");return1;}structstatst;fstat(src_fd,&st);off_tfile_size=st.st_size;intthread_num=atoi(argv[3]);size_tblock_size=atoi(argv[4])10241024;//MB轉(zhuǎn)字節(jié)pthread_tthreads=malloc(thread_numsizeof(pthread_t));ThreadArgsargs=malloc(thread_numsizeof(ThreadArgs));off_tchunk_size=file_size/thread_num;for(inti=0;i<thread_num;i++){args[i].src_fd=src_fd;args[i].dest_fd=dest_fd;args[i].start=ichunk_size;args[i].end=(i==thread_num-1)?file_size:(i+1)chunk_size;args[i].block_size=block_size;pthread_create(&threads[i],NULL,copy_thread,&args[i]);}for(inti=0;i<thread_num;i++){pthread_join(threads[i],NULL);}close(src_fd);close(dest_fd);free(threads);free(args);return0;}```關(guān)鍵點：通過`lseek`定位各線程的讀寫位置，使用`pthread_create`創(chuàng)建線程，每個線程處理獨立的文件區(qū)間，最后`pthread_join`等待所有線程完成。處理剩余數(shù)據(jù)通過最后一個線程覆蓋`file_size`解決。2.編寫信號處理程序，當進程收到SIGINT信號（Ctrl+C）時，先輸出"CaughtSIGINT,cleaningup..."，然后執(zhí)行自定義清理函數(shù)（如釋放動態(tài)分配的內(nèi)存），最后正常退出。要求信號處理函數(shù)中不直接調(diào)用非異步安全函數(shù)。答案：```cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>include<signal.h>include<unistd.h>volatilesig_atomic_tsigint_received=0;voiddynamic_data=NULL;voidcleanup(){if(dynamic_data){free(dynamic_data);dynamic_data=NULL;printf("Cleanedupdynamicdata\n");}}voidsigint_handler(intsig){sigint_received=1;//僅設(shè)置標志，異步安全}intmain(){dynamic_data=malloc(1024);//模擬動態(tài)分配if(!dynamic_data){perror("malloc");return1;}structsigactionsa;sa.sa_handler=sigint_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags=0;sigaction(SIGINT,&sa,NULL);while(!sigint_received){printf("Running...\n");sleep(1);}printf("CaughtSIGINT,cleaningup...\n");cleanup();//在主循環(huán)中調(diào)用清理函數(shù)（非信號處理函數(shù)內(nèi)）return0;}```關(guān)鍵點：信號處理函數(shù)僅設(shè)置原子標志（`sig_atomic_t`保證操作原子性），主循環(huán)檢測到標志后調(diào)用清理函數(shù)，避免在信號處理函數(shù)中調(diào)用`printf`、`free`等非異步安全函數(shù)（可能導(dǎo)致競態(tài)條件或崩潰）。3.編寫C程序，使用共享內(nèi)存（shm）實現(xiàn)兩個進程間的通信：進程A向共享內(nèi)存寫入字符串"HellofromA"，進程B讀取該字符串并輸出。要求處理共享內(nèi)存的創(chuàng)建、連接、分離和刪除。答案：```c//進程A（寫入端）include<stdio.h>include<stdlib.h>include<string.h>include<sys/ipc.h>include<sys/shm.h>defineSHM_KEY0x1234defineSHM_SIZE1024intmain(){intshmid=shmget(SHM_KEY,SHM_SIZE,IPC_CREAT|0666);if(shmid<0){perror("shmget");return1;}charshm_addr=shmat(shmid,NULL,0);if(shm_addr==(char)-1){perror("shmat");return1;}strcpy(shm_addr,"HellofromA");printf("Wrotetosharedmemory:%s\n",shm_addr);shmdt(shm_addr);//分離共享內(nèi)存//不立即刪除，等待進程B讀取return0;}//進程B（讀取端）include<stdio.h>include<stdlib.h>include<sys/ipc.h>include<sys/shm.h>defineSHM_KEY0x1234defineSHM_SIZE1024intmain(){intshmid=shmget(SHM_KEY,SHM_SIZE,0666);if(shmid<0){perror("shmget");return1;}charshm_addr=shmat(shmid,NULL,0);if(shm_addr==(char)-1){perror("shmat");return1;}printf("Readfromsharedmemory:%s\n",shm_addr);shmdt(shm_addr);//分離shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//標記為刪除（所有進程分離后釋放）return0;}```關(guān)鍵點：進程A使用`IPC_CREAT`創(chuàng)建共享內(nèi)存，進程B通過相同key獲?。籤shmat`連接內(nèi)存，`shmdt`分離；`shmctl(IPC_RMID)`標記共享內(nèi)存為待刪除（實際刪除發(fā)生在最后一個進程分離后）。四、綜合題（20分）假設(shè)某Linux服務(wù)器出現(xiàn)CPU使用率持續(xù)90%以上的問題，請設(shè)計排查流程，并說明可能的原因及對應(yīng)的解決方法。答案：排查流程：1.確認負載來源：使用`top`或`htop`查看CPU占用最高的進程（關(guān)注%CPU列），記錄進程PID。2.分析進程行為：-若為用戶進程（如應(yīng)用程序），使用`strace-pPID`