操作系统面试题-6

常考面试题

1. 简述GDB常见的调试命令，什么是条件断点，多进程下如何调试。⭐⭐⭐⭐

   GDB调试：gdb调试的是可执行文件，在gcc编译时加入 -g ，告诉gcc在编译时加入调试信息，这样gdb才能调试这个被编译的文件 gcc -g tesst.c -o test

   GDB命令格式：

   1. quit：退出gdb，结束调试

   2. list：查看程序源代码

      list 5，10：显示5到10行的代码

      list test.c:5, 10: 显示源文件5到10行的代码，在调试多个文件时使用

      list get_sum: 显示get_sum函数周围的代码

      list test,c get_sum: 显示源文件get_sum函数周围的代码，在调试多个文件时使用

   3. reverse-search：字符串用来从当前行向前查找第一个匹配的字符串

   4. run：程序开始执行

   5. help list/all：查看帮助信息

   6. break：设置断点

      break 7：在第七行设置断点

      break get_sum：以函数名设置断点

      break 行号或者函数名 if 条件：以条件表达式设置断点

   7. watch 条件表达式：条件表达式发生改变时程序就会停下来

   8. next：继续执行下一条语句 ，会把函数当作一条语句执行

   9. step：继续执行下一条语句，会跟踪进入函数，一次一条的执行函数内的代码

   条件断点：break if 条件 以条件表达式设置断点

   多进程下如何调试：用set follow-fork-mode child 调试子进程

   ​ 或者set follow-fork-mode parent 调试父进程

2. 说说进程调度算法有哪些？⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 先来先服务调度算法
   2. 短作业(进程)优先调度算法
   3. 高优先级优先调度算法
   4. 时间片轮转法
   5. 多级反馈队列调度算法

3. 简述LRU算法及其实现方式。⭐⭐⭐⭐⭐

   1. LRU算法：LRU算法用于缓存淘汰。思路是将缓存中最近最少使用的对象删除掉

   2. 实现方式：利用链表和hashmap。

      当需要插入新的数据项的时候，如果新数据项在链表中存在（一般称为命中），则把该节点移到链表头部，如果不存在，则新建一个节点，放到链表头部，若缓存满了，则把链表最后一个节点删除即可。

      在访问数据的时候，如果数据项在链表中存在，则把该节点移到链表头部，否则返回-1。这样一来在链表尾部的节点就是最近最久未访问的数据项。

   3. 代码实现

      我们给出C++的具体实现，代码一看就懂了。

      class LRUCache {  
          list<pair<int, int>> cache;//创建双向链表  
          unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> map;//创建哈希表  
          int cap;  
      public:  
          LRUCache(int capacity) {  
              cap = capacity;  
          }  
      
          int get(int key) {  
              if (map.count(key) > 0){  
                  auto temp = *map[key];  
                  cache.erase(map[key]);  
                  map.erase(key);  
                  cache.push_front(temp);//把该节点移到链表头部  
                  map[key] = cache.begin();//映射头部  
                  return temp.second;  
              }  
              return -1;  
          }  
      
          void put(int key, int value) {  
              if (map.count(key) > 0){  
                  cache.erase(map[key]);  
                  map.erase(key);  
              }  
              else if (cap == cache.size()){//若缓存满了，则把链表最后一个节点删除  
                  auto temp = cache.back();  
                  map.erase(temp.first);  
                  cache.pop_back();  
              }  
              cache.push_front(pair<int, int>(key, value));//新建一个节点，放到链表头部 
              map[key] = cache.begin();//映射头部  
          }  
      };  
      /** 
      Your LRUCache object will be instantiated and called as such: 
      LRUCache* obj = new LRUCache(capacity); 
      int param_1 = obj->get(key); 
      obj->put(key,value); 
      */ 

4. 什么是页表，为什么要有？⭐⭐⭐⭐⭐

   页表是虚拟内存的概念。操作系统虚拟内存到物理内存的映射表，就被称为页表。

   原因：不可能每一个虚拟内存的 Byte 都对应到物理内存的地址。这张表将大得真正的物理地址也放不下，于是操作系统引入了页（Page）的概念。进行分页，这样可以减小虚拟内存页对应物理内存页的映射表大小。

   我们举个形象的例子，就如同一本书，如果把整个书给摊开，那占地面积太大了，所以书才要分页，节约空间。

5. 简述操作系统中的缺页中断。⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 缺页异常：malloc和mmap函数在分配内存时只是建立了进程虚拟地址空间，并没有分配虚拟内存对应的物理内存。当进程访问这些没有建立映射关系的虚拟内存时，处理器自动触发一个缺页异常，引发缺页中断。

   2. 缺页中断：缺页异常后将产生一个缺页中断，此时操作系统会根据页表中的外存地址在外存中找到所缺的一页，将其调入内存。

6. 简述一下虚拟内存和物理内存，为什么要用虚拟内存，好处是什么？⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 物理内存：物理内存有四个层次，分别是寄存器、高速缓存、主存、磁盘。

      寄存器：速度最快、量少、价格贵。

      高速缓存：次之。

      主存：再次之。

      磁盘：速度最慢、量多、价格便宜。

      操作系统会对物理内存进行管理，有一个部分称为内存管理器(memory manager)，它的主要工作是有效的管理内存，记录哪些内存是正在使用的，在进程需要时分配内存以及在进程完成时回收内存。

   2. 虚拟内存：操作系统为每一个进程分配一个独立的地址空间，却是虚拟内存。虚拟内存与物理内存存在映射关系，通过页表寻址完成虚拟地址和物理地址的转换。

   3. 为什么要用虚拟内存：因为早期的内存分配方法存在以下问题：

      （1）进程地址空间不隔离。会导致数据被随意修改。

      （2）内存使用效率低。

      （3）程序运行的地址不确定。操作系统随机为进程分配内存空间，所以程序运行的地址是不确定的。

   4. 使用虚拟内存的好处：

      （1）扩大地址空间。每个进程独占一个4G空间，虽然真实物理内存没那么多。

      （2）内存保护：防止不同进程对物理内存的争夺和践踏，可以对特定内存地址提供写保护，防止恶意篡改。

      （3）可以实现内存共享，方便进程通信。

      （4）可以避免内存碎片，虽然物理内存可能不连续，但映射到虚拟内存上可以连续。

   5. 使用虚拟内存的缺点：

      （1）虚拟内存需要额外构建