每日八股：操作系统

用户态和内核态的区别？

内核态和用户态是操作系统下的两种运行模式。它们的主要区别在于权限和可执行的操作：

内核态：在内核态下，CPU可以执行所有的指令和访问所有的硬件资源。这种模式下的操作具有更高的权限，主要用于操作系统内核的运行。

用户态：在用户态下，CPU只能运行部分指令集，不能直接访问硬件资源。这种模式下的操作权限较低，主要用于运行用户程序。

内核态的底层操作主要包括：内存管理、进程管理、设备驱动程序控制、系统调用等，这些操作通常涉及到操作系统的核心功能，需要较高的权限来执行。

分为内核态和用户态的原因主要有以下几点：

1.安全性：通过对权限的划分，用户程序无法直接访问硬件资源，避免了恶意程序对系统资源的破坏。

2.稳定性：用户态程序出现问题时，不会影响到整个系统，避免了程序故障导致系统崩溃的风险。

3.隔离性：内核态和用户态的划分使得操作系统内核与用户程序之间有了明确的边界，有利于系统的模块化和维护。

线程和进程的区别是什么？

1.本质区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是任务调度和执行的基本单位。

2.在开销方面：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看作是轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器，线程之间切换的开销小。

3.稳定性方面：进程中的某个线程崩溃了，可能导致整个进程都崩溃。而进程中的某个子进程崩溃了，并不会影响其他的进程。

4.内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配内存空间；而对线程而言，除了CPU之外，系统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自所属进程的资源），线程组之间只能共享资源。

5.包含关系：没有线程的进程可以看作是单线程的；如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线。

进程，线程，协程的区别是什么？

进程是操作系统中资源分配和调度的基本单位，它拥有自己独立的内存空间和系统资源。每个进程都有独立的堆和栈，不与其他进程共享。进程间通信需要通过特定的机制，如管道、消息队列、信号量等。由于进程拥有独立的内存空间，因此其稳定性和安全性相对较高，但同时上下文切换的开销也较大，因为需要保存和恢复整个进程的状态。

线程是进程内的一个执行单元，也是CPU调度和分派的基本单位。与进程不同，线程共享进程的内存空间，包括堆和全局变量。线程之间的通信更加高效，因为它们可以直接读写共享内存。线程的上下文切换开销较小，因为只需要保存和恢复线程的上下文，而不是整个进程的状态。然而，由于多个线程共享内存空间，因此存在数据竞争和线程安全问题，需要通过同步和互斥机制来解决。

协程是一种用户态的轻量级线程，其调度完全由用户程序控制，不需要内核的参与。协程拥有之间的寄存器上下文和栈，但与其他协程共享堆内存。协程的切换开销非常小，因为只需要保存和恢复协程的上下文，而无需进行内核级的上下文切换。这使得协程在处理大量并发任务时具有非常高的效率。然而，协程需要程序员显式的进行调度和管理，相对于线程和进程来说，其编程模型更为复杂。