一、进程与线程的关系以及区别
1.定义：
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.
线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.
２.关系：
一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.
Linux系统中进程分为以下三个部分：①进程控制块PCB，②数据段，③正文段。
线程所共享的环境包括：进程代码段，进程的公有数据，进程的地址空间，进程打开的文件描述符。但线程拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列（寄存器、程序计数器）
3. 区别：
1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。
4. 优缺点：
线程开销小，但不利于资源的管理和保护；进程与之相反。
二、堆和栈的区别
数据结构中的概念：
栈就像装数据的桶或箱子
我们先从大家比较熟悉的栈说起吧，它是一种具有后进先出性质的数据结构，也就是说后存放的先取，先存放的后取。这就如同我们要取出放在箱子里面底下的东西（放入的比较早的物体），我们首先要移开压在它上面的物体（放入的比较晚的物体）。
堆像一棵倒过来的树
而堆就不同了，堆是一种经过排序的树形数据结构，每个结点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构，是指二叉堆。堆的特点是根结点的值最小（或最大），且根结点的两个子树也是一个堆。由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意，这就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书。
内存分配中的概念：
一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、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。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一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 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放
4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。
申请方式： 栈是由系统自动分配；堆是程序员自己申请，并且要指明大小。
申请后系统的响应：栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
详细解释：https://blog.csdn.net/yingms/article/details/53188974
三、中断和轮询的特点
对I/O设备的程序轮询的方式，是早期的计算机系统对I/O设备的一种管理方式。它定时对各种设备轮流询问一遍有无处理要求。轮流询问之后，有要求的就加以处理。在处理I/O设备的要求之后，处理机返回继续工作。尽管轮询需要时间，但轮询要比I/O设备的速度要快得多，所以一般不会发生不能及时处理的问题。当然，再快的处理机，能处理的输入输出设备的数量也是有一定限度的。而且，程序轮询毕竟占据了CPU相当一部分处理时间，因此程序轮询是一种效率较低的方式，现代计算机系统中已很少应用。
轮询效率低，等待时间很长，CPU利用率不高；中断容易遗漏一些问题，CPU利用率高。
四、什么是临界区、如何解决冲突？
每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区，每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。如果有若干个进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。任何时候，处于临界区的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其他试图进入临界区的进程必须等待。进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其他进程能及时进入自己的临界区。如果不能进入自己的临界区，就应该让出CPU，避免进程出现忙等等现象。
五、分段和分页的区别？
页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以减少内存的外零头，提高内存的利用率。分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。
段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。
页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址分为页号和页内地址两部分，由机器硬件实现的。因此一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编写程序在对源代码进行编辑时，根据信息的性质来划分。
分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性空间。
分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需要给出段名，又需要给出段内地址。
六、进程间通信有哪些方式？它们的区别？
参考：https://blog.csdn.net/yang_teng_/article/details/53325280
IPC方式：7种
1.管道（pipe）：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在有血缘关系的进程间使用，进程的血缘关系通常是指父子进程关系。
（1）父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端
（2）父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。
（3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。
2.命名管道（named pipe）：也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系关系进程间通信。
3.信号（signal）：是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某一事件已经发生。 信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件。
4.信号量（semophere）：信号量是一个计数器，可用来控制多个进程对共享资源的访问。它通常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
为什么要使用信号量
其实还是要拿临界资源来说，进程间通信时，可能会出现多个进程同时区访问同一临界资源，那这个时候就会出现让谁来访问的问题，为了防止出现这样的矛盾，我们需要一种方法，控制在任意时刻只能有一个执行线程来访问临界区，而信号量就是解决这种矛盾的一种机制，信号量就是用来协调进程对共享资源的访问的。
信号量的特点
（1）同消息队列一样，生命周期随内核，当进程结束的时候，信号量还没有被销毁;
（2）信号量并非是单个非负值，而必须定义为含有一个或多个信号量值的集合，当创建信号量的时候，需要制定集合当中信号量的数量
（3）信号量的创建和初始化不能同时进行，因为操作不具有原子性，由于不互斥，可能会导致创建后未初始化就被另一个进程获取。
信号量的P、V操作---->必须保证操作的原子性
（1）信号量：互斥---->P、V在同一进程中
同步---->P、V不在同一进程中
5.消息队列（message queue）:消息队列是由消息组成的链表，存放在内核中，并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递消息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
6.共享内存（shared memory）:就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问，共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间的通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量等配合使用，来实现进程间的同步和通信。
7.套接字（socket）：套接口也是进程间的通信机制，与其他通信机制不同的是它可用于不同及其间的进程通信。
几种方式的比较：
管道：速度慢、容量有限
消息队列：容量收到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题。
信号量：不能传递复杂信息，只能用来同步。
共享内存：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全。
七、线程间的通信机制
参考：https://blog.csdn.net/alexlee1986/article/details/21227417
【同步】：
是指散步在不同任务之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。最基本的场景就是：两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。比如 A 任务的运行依赖于 B 任务产生的数据。
【互斥】：
是指散步在不同任务之间的若干程序片断，当某个任务运行其中一个程序片段时，其它任务就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该任务运行完这个程序片段后才可以运行。最基本的场景就是：一个公共资源同一时刻只能被一个进程或线程使用，多个进程或线程不能同时使用公共资源。
①.锁机制：互斥锁、条件变量、读写锁
互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
【互斥锁的操作流程如下】：
1. 在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁；
2. 在访问完成后释放互斥锁导上的锁。在访问完成后释放互斥锁导上的锁；
3. 对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁被释放。对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁被释放
条件变量可以以原子的方式进行阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
【条件变量的操作流程如下】：
每一个条件变量总是有一个互斥锁与之关联，我们再等待某个条件为真时，还会指定条件变量的地址和所关联的互斥锁的地址，这是什么意思呢？就是说，在使用pthread_cond_wait函数之前，我们要先用一个互斥锁锁住，然后当我们调用pthread_cond_wait函数进入睡眠。注意：该函数原子的执行两个动作：
1，给互斥锁解锁。（这就要求在调用这个函数之前要上锁）
2，把调用线程投入睡眠。
一旦这个函数被唤醒后，那么在此函数返回前重新给互斥锁上锁。这也就决定了在接下来的程序里必须有解锁的步骤。
详细：https://www.cnblogs.com/lgz24/p/3603261.html?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。读写锁可以有3种状态：读模式下加锁状态、写模式加锁状态、不加锁状态。
一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁（允许多个线程读但只允许一个线程写）。
【读写锁的特点】：
如果有其它线程读数据，则允许其它线程执行读操作，但不允许写操作；
如果有其它线程写数据，则其它线程都不允许读、写操作。
【读写锁的规则】：
如果某线程申请了读锁，其它线程可以再申请读锁，但不能申请写锁；
如果某线程申请了写锁，其它线程不能申请读锁，也不能申请写锁。
②.信号量机制：包括无名信号量和命名线程信号量
③.信号机制：类似进程间的信号处理
线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。
八、什么是死锁？产生条件？如何避免死锁
死锁的概念：在2个或多个并发进程中，如果每个进程持有某有资源而又都等待别的进程释放它或他们现在保持的资源，在未改变这种状态之前都不能向前推进，称这一组进程产生了死锁。通俗地讲，就是2个或多个进程被无限期地阻塞、相互等待的一种状态。
死锁产生的原因：系统资源不足，进程推进顺序非法
产生死锁的必要条件：
1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
2.不可剥夺条件：进程已获得资源，在未使用完之前，不能被其他进程强行剥夺，只能主动释放
3.请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
4.循环等待条件：即进程集合{p0,p1,p2,p3…..pn};p0正在等待p1占用的资源，p1正在等待p2占用的资源，pn正在等待p0占用的资源。
只要上述一个条件不成立，就不会发生死锁。
死锁避免的基本思想是动态地检测资源分配状态，以确保循环等待条件不成立，从而确保系统处于安全状态。所谓安全状态是指：如果系统能按某个顺序为每个进程分配资源（不超过其最大值），那么系统状态是安全的，换句话说就是，如果存在一个安全序列，那么系统处于安全状态。资源分配图算法和银行家算法是两种经典的死锁避免的算法，其可以确保系统始终处于安全状态。其中，资源分配图算法应用场景为每种资源类型只有一个实例(申请边，分配边，需求边，不形成环才允许分配)，而银行家算法应用于每种资源类型可以有多个实例的场景。
死锁解除的常用两种方法为进程终止和资源抢占。所谓进程终止是指简单地终止一个或多个进程以打破循环等待，包括两种方式：终止所有死锁进程和一次只终止一个进程直到取消死锁循环为止；所谓资源抢占是指从一个或多个死锁进程那里抢占一个或多个资源，此时必须考虑三个问题：
(I). 选择一个牺牲品
(II). 回滚：回滚到安全状态
(III). 饥饿（在代价因素中加上回滚次数，回滚的越多则越不可能继续被作为牺牲品，避免一个进程总是被回滚）
死锁的处理策略：鸵鸟策略、预防策略、避免策略、检测与解除死锁
九、进程间同步与互斥的区别，线程同步的方式？
互斥：指某一个资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的
同步：是指在互斥的基础上（大多数情况下），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。
同步：体现的是一种协作性。互斥：体现的是排它性。
进程同步的主要任务：是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作。从而使程序的执行具有可再现性。
同步机制遵循的原则：
1.空闲让进；
2.忙则等待；
3.有限等待；
4.让权等待；
线程同步是指多个线程同时访问某资源时，采用一系列的机制以保证最多只能一个线程访问该资源。线程同步是多线程中必须考虑和解决的问题，以为很有可能发生多个线程同时访问（主要是写操作）同一资源，如果不进行线程同步，很可能会引起数据混乱，造成线程死锁等问题。
线程同步的方式：
临界区、互斥量、信号量、事件
临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或者一段代码，速度快，适合控制数据访问。
互斥量：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会同时被多个线程访问。
信号量：它允许多个线程同一时刻访问同一资源，但是需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。信号量对象与其他前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源。
事件（信号）：通过通知操作的方式来保持多线程的同步，还可以方便实现多线程的优先级比较操作。
十、进程的调度算法有哪些？
*1.先来先服务（FCFS）:此算法的原则是按照作业到达后备作业队列（或进程进入就绪队列）的先后次序选择作业（或进程）
*2.短作业优先（SJF:Shortest Process First）：这种算法主要用于作业调度，它从作业后备序列中挑选所需运行时间最短的作业进入主存运行。
*3.时间片轮转调度算法：当某个进程执行的时间片用完时，调度程序便终止该进程的执行，并将它送到就绪队列的末尾，等待分配下一时间片再执行。然后把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证队列中的所有进程，在已给定的时间内，均能获得一时间片处理机执行时间。
4.高响应比优先：按照高响应比（已等待时间+要求运行时间）/要求运行时间 优先的原则，在每次选择作业投入运行时，先计算此时后备作业队列中每个作业的响应比RP。选择最大的作业投入运行。
5.优先权调度算法：按照进程的优先权大小来调度。使高优先权进程得到优先处理的调度策略称为优先权调度算法。注意：优先数越多，优先权越小。
*6.多级队列调度算法：多队列调度是根据作业的性质和类型的不同，将就绪队列再分为若干个队列，所有的作业（进程）按其性质排入相应的队列中，而不同的就绪队列采用不同的调度算法。
十一、进程有哪几种状态？
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就绪状态：进程已获得除处理机以外的所需资源，等待分配处理机资源；
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运行状态：占用处理机资源运行，处于此状态的进程数小于等于CPU数；
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阻塞状态： 进程等待某种条件，在条件满足之前无法执行；
十二、线程有几种状态？
线程的各种状态
- 新建状态（New）：新创建一个线程对象。
- 就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其它线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
- 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
- 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是县城因为某种原因放弃了CPU使用权，暂时停止运行，直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞情况一般分为三种
- 等待阻塞：运行的线程执行了wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中，直到notify()或者notifyAll()，线程被唤醒后放到锁池（lock blocked pool），释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）。
- 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁（Synchronized）时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
- 其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
- 死亡状态（Dead）：线程执行完或者因异常退出run()方法，该线程生命周期结束。
十三、虚拟内存
虚拟内存允许执行进程不必完全在内存中。虚拟内存的基本思想是：每个进程拥有独立的地址空间，这个空间被分为大小相等的多个块，称为页(Page)，每个页都是一段连续的地址。这些页被映射到物理内存，但并不是所有的页都必须在内存中才能运行程序。当程序引用到一部分在物理内存中的地址空间时，由硬件立刻进行必要的映射；当程序引用到一部分不在物理内存中的地址空间时，由操作系统负责将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的命令。这样，对于进程而言，逻辑上似乎有很大的内存空间，实际上其中一部分对应物理内存上的一块(称为帧，通常页和帧大小相等)，还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上，如图所示。
注意，请求分页系统、请求分段系统和请求段页式系统都是针对虚拟内存的，通过请求实现内存与外存的信息置换。
虚拟内存的应用与优点
虚拟内存很适合在多道程序设计系统中使用，许多程序的片段同时保存在内存中。当一个程序等待它的一部分读入内存时，可以把CPU交给另一个进程使用。虚拟内存的使用可以带来以下好处：
在内存中可以保留多个进程，系统并发度提高
解除了用户与内存之间的紧密约束，进程可以比内存的全部空间还大
十四、虚拟内存的页面置换算法
FIFO先进先出算法：在操作系统中经常被用到，比如作业调度（主要实现简单，很容易想到）；
LRU（Least recently use）最近最少使用算法：根据使用时间到现在的长短来判断；
LFU（Least frequently use）最少使用次数算法：根据使用次数来判断；
OPT（Optimal replacement）最优置换算法：理论的最优，理论；就是要保证置换出去的是不再被使用的页，或者是在实际内存中最晚使用的算法。