Linux面試要點

1. 程序有那幾種狀态，狀态轉換圖，及導緻轉換的事件

　　如上圖所示，程序包括三種狀态：就緒态、運作态和阻塞态。詳細說明如下：

　　注意：建立和退出不是程序的狀态。阻塞和就緒的差別：阻塞是等待除CPU以外的資源，而就緒等待的是CPU資源。

1. 就緒——執行：對就緒狀态的程序，當程序排程程式按一種標明的政策從中選中一個就緒程序，為之配置設定了處理機後，該程序便由就緒狀态變為執行狀态；
2. 執行——阻塞：正在執行的程序因發生某等待事件而無法執行，則程序由執行狀态變為阻塞狀态，如程序提出輸入/輸出請求而變成等待外部裝置傳輸資訊的狀态，程序申請資源（主存空間或外部裝置）得不到滿足時變成等待資源狀态，程序運作中出現了故障（程式出錯或主存儲器讀寫錯等）變成等待幹預狀态等等；
3. 阻塞——就緒：處于阻塞狀态的程序，在其等待的事件已經發生，如輸入/輸出完成，資源得到滿足或錯誤處理完畢時，處于等待狀态的程序并不馬上轉入執行狀态，而是先轉入就緒狀态，然後再由系統程序排程程式在适當的時候将該程序轉為執行狀态；
4. 執行——就緒：正在執行的程序，因時間片用完而被暫停執行，或在采用搶先式優先級排程算法的系統中,當有更高優先級的程序要運作而被迫讓出處理機時，該程序便由執行狀态轉變為就緒狀态。

2. 程序和線程的差別

　　程序可以認為是程式執行時的一個執行個體。程序是系統進行資源配置設定的獨立實體， 且每個程序擁有獨立的位址空間。一個程序無法直接通路另一個程序的變量和資料結構， 如果希望讓一個程序通路另一個程序的資源，需要使用程序間通信，比如：管道，檔案， 套接字等。

　　一個程序可以擁有多個線程，每個線程使用其所屬程序的棧空間。 線程與程序的一個主要差別是，同一程序内的多個線程會共享部分狀态， 多個線程可以讀寫同一塊記憶體(一個程序無法直接通路另一程序的記憶體)。同時， 每個線程還擁有自己的寄存器和棧，其它線程可以讀寫這些棧記憶體。

線程是程序的一個特定執行路徑。當一個線程修改了程序中的資源， 它的兄弟線程可以立即看到這種變化。

以下是分點小結：

1. 程序是系統進行資源配置設定的基本機關，有獨立的記憶體位址空間； 線程是CPU排程的基本機關，沒有單獨位址空間，有獨立的棧，局部變量，寄存器， 程式計數器等。
2. 建立程序的開銷大，包括建立虛拟位址空間等需要大量系統資源； 建立線程開銷小，基本上隻有一個核心對象和一個堆棧。
3. 一個程序無法直接通路另一個程序的資源；同一程序内的多個線程共享程序的資源。
4. 程序切換開銷大，線程切換開銷小；程序間通信開銷大，線程間通信開銷小。
5. 線程屬于程序，不能獨立執行。每個程序至少要有一個線程，成為主線程

3. 線程獨享那些資源，共享那些資源？

線程獨享：

1. 線程ID
2. 上下文：包括程式計數器，棧指針，寄存器資訊
3. 棧空間
4. errno錯誤碼
5. 信号屏蔽字
6. 排程優先級

線程共享：

1. uid(使用者ID),gid(組ID)
2. 檔案描述符
3. 堆空間
4. 目前工作目錄
5. 信号處理方式

4. 程序控制塊（task_struct)包含内容？

　　task_struct是Linux核心的⼀一種資料結構，它會被裝載到RAM裡并且包含着程序的資訊。

　　每個程序都把它的資訊放在 task_struct 這個資料結構裡，task_struct 包含了這些内容：

　　标示符 （pid)： 描述本程序的唯一标示符，用來差別其他程序。

　　狀态 ：任務狀态，退出代碼，退出信号等。

　　優先級 ：相對于其他程序的優先級。

　　程式計數器：程式中即将被執行的下一條指令的位址。

　　記憶體指針：包括程式代碼和程序相關資料的指針，還有和其他程序共享的記憶體塊的指針

　　上下文資料：程序執行時處理器的寄存器中的資料。

　　I／O狀态資訊：包括顯示的I/O請求,配置設定給程序的I／O裝置和被程序使用的檔案清單。

程序的幾種通信方式

管道( pipe )：

　　管道是一種半雙工的通信方式，資料隻能單向流動，而且隻能在具有親緣關系的程序間使用。程序的親緣關系通常是指父子程序關系。

有名管道 (named pipe) ：

　　 有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關系程序間的通信。

信号量( semophore ) ：

　　 信号量是一個計數器，可以用來控制多個程序對共享資源的通路。它常作為一種鎖機制，防止某程序正在通路共享資源時，其他程序也通路該資源。是以，主要作為程序間以及同一程序内不同線程之間的同步手段。

消息隊列( message queue ) ：

　　 消息隊列是由消息的連結清單，存放在核心中并由消息隊列辨別符辨別。消息隊列克服了信号傳遞資訊少、管道隻能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。

信号 ( sinal ) ：

　　信号是一種比較複雜的通信方式，用于通知接收程序某個事件已經發生。

共享記憶體( shared memory ) ：

　　共享記憶體就是映射一段能被其他程序所通路的記憶體，這段共享記憶體由一個程序建立，但多個程序都可以通路。共享記憶體是最快的 IPC 方式，它是針對其他程序間通信方式運作效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信号兩，配合使用，來實作程序間的同步和通信。

套接字( socket ) ：

　　套解口也是一種程序間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用于不同及其間的程序通信。

線程同步的幾種方式及生産者消費者模型

1. 臨界區：通過對多線程的串行化來通路公共資源或一段代碼，速度快，适合控制資料通路。在任意時刻隻允許一個線程對共享資源進行通路，如果有多個線程試圖通路公共資源，那麼在有一個線程進入後，其他試圖通路公共資源的線程将被挂起，并一直等到進入臨界區的線程離開，臨界區在被釋放後，其他線程才可以搶占。
2. 互斥量：采用互斥對象機制。 隻有擁有互斥對象的線程才有通路公共資源的權限，因為互斥對象隻有一個，是以能保證公共資源不會同時被多個線程通路。互斥不僅能實作同一應用程式的公共資源安全共享，還能實作不同應用程式的公共資源安全共享
3. 信号量：它允許多個線程在同一時刻通路同一資源，但是需要限制在同一時刻通路此資源的最大線程數目

4. 事 件： 通過通知操作的方式來保持線程的同步，還可以友善實作對多個線程的優先級比較的操作

   生産者消費者模型及源代碼見收藏。