Java后台开发面试实战（七）：操作系统

快来打我* 2023-07-20 08:14 30阅读 0赞

*感谢牛客网网友提供的面试经验！*

#### 1. 讲一下并发和并行？[link][] ####

并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间/间隔发生。

> **同一时间/间隔**：其知实应该这么断句，同一时间/ 间隔发生。同一时间是一起的，间隔发生是一起的。同一时间的意思就是同一条时间段上，间隔发生的意思就是，在这同一个时间段上，有不同的事件间隔发生。

#### 2. 讲一下同步，异步，阻塞，非阻塞？[link][link 1] ####

1.  同步和异步关注的是**消息通信机制**：所谓同步，就是**在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了**。换句话说，就是由**调用者**主动等待这个**调用**的结果。（调用和返回结果同时返回）
2.  而异步则是相反，**调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果**。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在**调用**发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。（调用和返回结果异时返回）
3.  阻塞和非阻塞关注的是程序在**等待调用结果**（消息，返回值）时的状态：**阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起**。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
4.  非阻塞调用指**在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程**。

#### 3. 讲一下线程和进程的区别和联系？ ####

1.  **进程是操作系统资源分配的最小的单位，线程是CPU调度和执行的最小单位**。他们的联系可以分为以下四点（可以把把进程比作火车，线程比作车厢。）：
2.  **一个进程里会包含多个线程**（一辆火车有多节车厢）。
3.  **进程要比线程消耗更多的计算机资源**（采用多列火车相比多个车厢更耗资源）
4.  **进程间不会相互影响，一个线程挂掉将导致整个进程挂掉**（一列火车不会影响到另外一列火车，但是如果一列火车上中间的一节车厢着火了，将影响到所有车厢）
5.  **同一进程下不同线程间数据很易共享，不同进程的线程间数据很难共享**（A车厢换到B车厢很容易；一辆火车上的乘客很难换到另外一辆火车，比如站点换乘）

#### 4. 讲一下线程状态并且解释一下？ ####

1.  **新建**(NEW)：新创建了一个线程对象。
2.  **可运行**(RUNNABLE)：线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了线程对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权 。
3.  **运行**(RUNNING)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片1（timeslice） ，执行程序代码。
4.  **阻塞**(BLOCKED)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：  
    (一). **等待阻塞**：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。  
    (二). **同步阻塞**：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。  
    (三). **其他阻塞**：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.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，线程重新转入可运行(runnable)状态。
5.  **死亡**(DEAD)：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

#### 5. 讲一下进程间通讯方式？ ####

> 参考网站:https://blog.csdn.net/weixin\_43730678/article/details/89061538

1.  **无名管道**(PIPE)：管道是一种半双工的通信方式（数据只能单向流动），而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
2.  **命名管道**(FIFO)：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。
3.  **信号**（signal）信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身.
4.  **信号量**（semaphore）信号量是个计数器记录临界资源的个数，用于多进程对共享数据的访问。进程访问临界资源时控制，用来实现进程的同步控制。

> **信号量底层是怎么实现的**

1.  **消息队列**MessageQueue：消息队列是消息的链接表，存放在内核中并有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。
2.  **共享内存**SharedMemory：共享内存允许两个或多个进程共享一定的存储区，因为数据不需要在进程之间复制，所以他是最快的IPC。

#### 6. 进程的调度算法有哪些？ ####

*  **先来先服务调度算法**  
    先来先服务调度算法是一种最简单的调度算法，也称为**先进先出**或严格排队方案。当每个进程就绪后，它加入就绪队列。当前正运行的进程停止执行，选择在就绪队列中存在时间最长的进程运行。该算法既可以用于作业调度，也可以用于进程调度。先来先去服务比较适合于常作业（进程），而不利于段作业（进程）。
 *  **时间片轮转调度算法**  
    时间片轮转调度算法主要适用于分时系统。在这种算法中，系统将所有就绪进程按到达时间的先后次序排成一个队列，进程调度程序总是选择就绪队列中第一个进程执行，**即先来先服务的原则，但仅能运行一个时间片**。
 *  **短作业优先调度算法**  
    短作业优先调度算法是指**对短作业优先调度**的算法，从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。 短作业优先调度算法是一个非抢占策略，他的原则是下一次选择预计处理时间最短的进程，因此短进程将会越过长作业，跳至队列头。
 *  **最短剩余时间优先调度算法**  
    最短剩余时间是针对最短进程优先**增加了抢占机制**的版本。在这种情况下，进程调度总是选择预期剩余时间最短的进程。当一个进程加入到就绪队列时，他可能比当前运行的进程具有更短的剩余时间，因此只要新进程就绪，调度程序就能可能抢占当前正在运行的进程。像最短进程优先一样，调度程序正在执行选择函数是必须有关于处理时间的估计，并且存在长进程饥饿的危险。
 *  **高响应比优先调度算法**  
    高响应比优先调度算法主要用于作业调度，该算法是对 先来先服务调度算法和短作业优先调度算法的一种综合平衡，**同时考虑每个作业的等待时间和估计的运行时间**。在每次进行作业调度时，先计算后备作业队列中每个作业的响应比，从中选出响应比最高的作业投入运行。
 *  **优先级调度算法**  
    优先级调度算法每次从后备作业队列中**选择优先级最高**的一个或几个作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。在进程调度中，优先级调度算法每次从就绪队列中选择优先级最高的进程，将处理机分配给它，使之投入运行。

#### 7. 什么是死锁？ ####

死锁，是指多个进程**在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局**，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。 如下图所示：如果此时有一个线程 A，已经持有了锁 A，但是试图获取锁 B，线程 B 持有锁 B，而试图获取锁 A，这种情况下就会产生死锁。

#### 8. 怎么避免死锁？ ####

1.  **银行家算法**  
    **当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配**。  
    当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源。若没超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。
2.  **安全序列**  
    是指系统能按某种进程推进顺序（P1, P2, P3, …, Pn），为每个进程 Pi 分配其所需要的资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可以顺序地完成。这种推进顺序就叫安全序列【银行家算法的核心就是找到一个安全序列】。
3.  **系统安全状态**  
    如果系统能找到一个安全序列，就称系统处于安全状态，否则，就称系统处于不安全状态。

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1.  时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。而不会造成CPU资源浪费。在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。 ↩︎

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