保研夏令营复习计划-操作系统原理及安全

从今天开始复习专业课，准备保研夏令营的面试工作，复习一下专业课，争取能去个比较好的学校。

0x00进程和线程概念及区别

进程的概念

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

内存中的进程从高到低：栈-> <-堆 数据 文本（代码）

进程的状态

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；
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；
阻塞状态： 进程等待某种条件，在条件满足之前无法执行；

进程间的通信方式（IPC，进程间通信）

1. 管道（pipe）及命名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
2. 信号（signal）：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；
3. 消息队列：消息队列是消息的链接表，它克服了上两种通信方式中信号量有限的缺点，具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息；
4. 共享内存：可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等
5. 信号量：主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间得同步和互斥手段；
6. 套接字：这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。

进程控制块PCB

包括以下内容：

• 进程状态
• 程序计数器
• CPU寄存器
• CPU调度信息
• 内存管理信息
• 记账信息
• I/O状态信息

进程调度

新的进程开始时处于就绪队列，它在就绪队列中等待直到被选中执行或被派遣。当进程分配到CPU并执行时，它可能发生以下几种事件的一种：

• 进程可能发出一个I/O请求，并被放到I/O队列中。
• 进程可能创建一个新的子进程，并等待其结束。
• 进程可能会由于中断而强制释放CPU，并被放回到就绪队列

线程的概念

线程（英语：thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程（lightweight processes），但轻量进程更多指内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。

多线程模型

• 多对一模型：多个用户线程对应一个内核线程，效率高但是如果有一个线程阻塞系统调用，那么整个进程会阻塞
• 一对一模型（多数）：将每个用户线程映射到一个内核线程，提供更好的并发功能，缺点就是每创建一个用户线程就要创建一个对应的内核线程，开销太大
• 多对多模型：多路复用了许多用户线程到同样数量或者更小数量的内核线程上

线程间通信

1. 互斥量 Synchronized/Lock：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被多个线程同时访问
2. 信号量 Semphare：它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量
3. 事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作

区别

• 进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的的基本单位，实现了操作系统的并发；
• 线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，用于保证程序的 实时性，实现进程内部的并发；
• 一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，线程依赖于进程而存在；
• 进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存。

0x01死锁及其成因

死锁的概念

在两个或者多个并发进程中，如果每个进程持有某种资源而又等待其它进程释放它或它们现在保持着的资源，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。通俗的讲，就是两个或多个进程无限期的阻塞、相互等待的一种状态。

死锁产生的四个必要条件

互斥：至少有一个资源必须属于非共享模式，即一次只能被一个进程使用；若其他申请使用该资源，那么申请进程必须等到该资源被释放为止；
占有且等待：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
非抢占：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

死锁解决的基本方法

预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁 、鸵鸟策略 等

0x02常见问题

大端序和小端序的区别

小端字节序：低字节存于内存低地址；高字节存于内存高地址;

大端字节序：高字节存于内存低地址；低字节存于内存高地址;

x86工作在小端序

编译的流程

预处理

编译

汇编

链接

堆和栈的区别

1.空间分配

栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放 ，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。
堆（操作系统）： 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，分配方式倒是类似于链表

2.缓存方式

栈使用的是一级缓存， 他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。
堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

3.数据结构区别

堆（数据结构）：堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。
栈（数据结构）：一种先进后出的数据结构。