【C++后台开发面试】Linux系统相关

以下复习资料仅供参考，并非面试真题。

用过的 linux 指令

netstat ： 显示网络状态 (-a 所有选项，-t 仅显示 tcp，-u 仅显示 udp，-r 路由表)

tcpdump ： 截获当前所有通过本机网卡的数据包。

-i 指定网卡 tcpdump tcp port 23 and host XXX 获取从主机 XXX 接收或发出的 telnet 包

top：任务管理器、ping、ps：查看进程状态、kill 发信号、man 帮助文档、chmod 修改权 限、scp：远程文件复制、cat：查看文件内容

ipcs ：检查系统上共享内存的分配，报告进程间通信设施状态。

ipcrm ：手动解除系统上共享内存的分配，删除消息队列、信号集、或者共享内存标识。

文件操作函数

a. Linux API: create:创建，umask：去掉一些权限，open：打开；write，read：读写；lseek： 定位；close：关闭

b. C 库（FILE ）： fopen：创建打开；fclose：关闭；fileno：FILE转 fd；fgets；fprintf，fread

共享内存可以通过 mmap()映射普通文件（特殊情况下还可以采用匿名映射）机制实现， 也可以通过 System V 共享内存机制实现。

mmap 的机制：在磁盘上建立一个文件，每个进程存储器里面，单独开辟一个空间来进 行映射。mmap 保存到实际硬盘。优点：储存量可以很大（多于主存）；缺点：进程间读 取和写入速度要比主存的要慢。。

shm 的机制：每个进程的共享内存都直接映射到实际物理存储器里面。shm 保存到物理存储器（主存），实际的储存量直接反映到主存上。优点，进程间访问速度（读写）比磁 盘要快；缺点，储存量不能非常大（多于主存） 。

使用上看：如果分配的存储量不大，那么使用 shm；如果存储量大，那么使用 mmap。

进程 VS 线程

进程：资源管理和分配的基本单位，每个进程都有自己的地址空间。进程由程序代码、代码 相关的数据集和进程控制块（PCB）3 部分组成。

线程：CPU 调度和分派的基本单位，线程是属于进程的，它运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一内存空间。每个线程有独立的栈和线程控制块（TCB，包含寄存器的值、 程序计数器、优先级等）。

并发度：两者都可提高并发度

开销：线程执行开销小，但不利于资源管理和保护，进程创建和销毁系统都要分配和回 收资源，开销大。

速度：线程的产生、通信、切换都比较快；

资源利用率：线程的资源利用率好，因为共享数据；

同步：线程使用公共变量和内存时需使用同步机制。

资源：线程不拥有系统资源，但可以使用进程的资源。

适用情况：线程适合在 SMP(多处理器)的机器上运行，进程可跨机器迁移。

为什么需要用户态和内核态？

保护操作系统和重要的操作系统表（如进程控制块）不受用户程序的干涉。

操作系统的内容分为哪几块？

进程管理、存储管理、设备管理、文件管理。

进程间通信方式有哪些？

无名管道( pipe )：半双工，数据只能单向流动，只能在具有亲缘关系的进程间使用。（进程 先调用 pipe，再 fork）

高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前 程序的子进程，这种方式为高级管道方式。（调用 popen，它封装的内容：先调用 pipe 创建 管道，之后 fork，子进程调用 exec 执行其他程序）

有名管道 (named pipe)： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。又称作 FIFO，调用 mkfifo 函数创建。

消息队列( message queue )： 消息队列是消息的链表，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信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等 缺点。

信号量( semophore )： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。

信号 ( sinal )： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

共享内存( shared memory )：共享内存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，是最快的 IPC 方式

套接字( socket )：可用于不同机器间的进程通信。（含 UNIX 域套接字： 类似套接字和管道 的混合，用于同一机器上的进程通信 socketpair 创建一对无命名的、相互连接的 UNIX 域套 接字）

列出常见的信号，以及信号怎么处理？

a. 指定函数来处理。 b. 忽略。 c. 缺省

进程通过系统调用 signal 来指定进程对某个信号的处理行为。在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少个。

SIGHUP 终端挂起或者控制进程终止

SIGINT 键盘中断（如 break 键被按下）

SIGQUIT 键盘的退出键被按下

SIGKILL 信号

SIGPIPE 管道破裂: 写一个没有读端口的管道

SIGALRM 由 alarm(2)发出的信号

SIGTERM 终止信号

SIGCHLD 子进程结束信号

**信号 SIGKILL 和 SIGSTOP 既不能被捕捉，也不能被忽略。

什么是死锁？如何避免死锁？

死锁的条件：

互斥条件（Mutualexclusion）：资源不能被共享，只能由一个进程使用。

请求与保持条件（Hold andwait）：已经得到资源的进程可以再次申请新的资源。

非剥夺条件（Nopre-emption）：已经分配的资源不能从相应的进程中被强制地剥夺。

循环等待条件（ Circularwait ）：系统中若干进程组成环路，该环路中每个进程都在等待相 邻进程正占用的资源。

处理死锁的策略：

a. 忽略该问题。例如鸵鸟算法，该算法可以应用在极少发生死锁的的情况下。

b. 检测死锁并且恢复。

c. 仔细地对资源进行动态分配，以避免死锁。

d. 通过破除死锁四个必要条件之一，来防止死锁产生。

进程调度策略

FCFS(先来先服务)，优先级，时间片轮转，多级反馈。

内存分配算法：首次适应（最好），循环首次适应，最佳适应（内存碎片），最差适应

linux 系统的同步机制

互斥量、读写锁（读锁是共存的，锁是互斥的）、 条件变量、自旋锁、屏障、信号灯。

线程难题：死锁、数据竞争、优先权倒置、无限延迟

文件描述符

fd 只是一个整数，起索引的作用，进程通过 PCB 中的文件描述符表找到该 fd 所指向的文件 指针，指针指向 file 结构体。流返回的是一个 FILE 结构指针, FILE 结构是包含有文件描述符 的，FILE 结构函数可以看作是对 fd 直接操作的系统调用的封装, 它的优点是带有 I/O 缓存

函数库中的函数可以没有调用系统调用，也可以调用多个系统调用。

动态链接和静态链接的区别

动态链接：只建立一个引用的接口，真正的代码和数据存放在另外的可执行模块中，在运行 时再装入；

静态链接：把所有的代码和数据都复制到本模块中，运行时就不再需要库了。

exit() 与 _exit() 的区别

_exit：不关闭文件，不清除输出缓存，也不调用出口函数。

Exit：关闭所有文件，缓冲输出内容将刷新定义，并调用所有已刷新的“出口函数”。

makefile 编写

hello.o:hello.c hello.h
gcc –c hello.o -Lm

进程守护化

a. 屏蔽有关控制终端操作的信号，防止守护进程没有正常运作之前控制终端受到干扰退出或挂起。

b. 后台运行（fork 后父进程 exit，此时进程不是会话首进程）。

c. 脱离控制终端，登陆会话和进程组：setsid()。 此时进程是新的会话首进程。

d. 再次 fork，exit 父进程，不再是会话首进程。

e. 关闭打开的文件描述符，工作目录切换到根目录

虚拟内存

物理内存：真实插在板子上的内存条。

虚拟内存： 只是内存管理的一种抽象。当正在运行的进程所需的内存大于内存条容量之和 的，势必有一部分数据要放到其他介质中（比如硬盘），待进程需要访问那部分数据时，再 通过调度进入物理内存。所以，虚拟内存是进程运行时所有内存空间的总和，并且可能有一 部分不在物理内存中。

计算机会对虚拟内存地址空间（32 位为 4G）分页，对物理内存地址空间（假设 256M）分 页产生页帧，这个页和页帧的大小是一样大的（于是虚页数多于页帧数）。 计算机上有一个页表，是页号到页帧号的映射，而且是一对一的映射。操作系统有个页面失 效功能，即找到一个最少使用的页帧，让他失效，并把它写入磁盘，随后把需要访问的页放 到页帧中，并修改页表中的映射，这样就保证所有的页都有被调度的可能了。

虚拟内存地址由页号和偏移量组成。

转换：页号->页帧号， 页帧号（前 m 位）+偏移量（后 n 位）=物理地址

虚拟内存地址的大小与地址总线位数相关，物理内存地址的大小跟物理内存条的容量相关。

GDB 调试

r(run)运行

br(break)设置断点

l(list)列出源码

info br(查看断点信息)

n单句执行(不进入函数)

c 继续运行

p 打印

bt 查看堆栈

linux 的任务调度机制

每个进程的 task_struct 结构中有以下四项： policy、 priority、 counter、 rt_priority。

policy 是进程的调度策略，实时进程优先于普通进程运行；

priority 是进程 ( 包括实时和普通 ) 的静态优先级；

counter 是进程剩余的时间片，起始值就是 priority 的值； （ 计算 goodness 时起重要作用）

rt_priority 是实时进程特有的，用于实时进程间的选择。

用函数 goodness() 来衡量一个处于可运行状态的进程值得运行的程度。该函数综合了以上 提到的四项，还结合了一些其他的因素，给每个处于可运行状态的进程赋予一个权值 (weight) ，调度程序以这个权值作为选择进程的唯一依据。

写一个 c 程序辨别系统是 16 位 or 32 位

int k=~0;
if ( (unsigned int)k > 65535 )
cout<<"at least 32bits"<<endl;
else
cout << "16 bits" << endl;

写一个 c 程序辨别系统是大端 or 小端字节序

#include <stdio.h>

typedef union{
unsigned short value;
unsigned char bytes[2];
}Test;

int main(void) {
Test test_value;
test_value.value = 0x1234;
if(test_value.bytes[0] == 0x12 && test_value.bytes[1] == 0x34)
printf("big ending");
else if(test_value.bytes[0] == 0x34 && test_value.bytes[1] == 0x12)
printf("little ending");
else
printf("use test_value error");     return 0;
}