200道C/C++面试题
可能只会写BUG 2024-08-31 08:35:02 阅读 52
1. static的作用2. 引用与指针的区别3. .h头文件中的ifndef/define/endif 的作用4 #include<file.h>与#include"file.h"的区别?5 描述实时系统的基本特性6 全局变量和局部变量在内存中是否有区别?如果有,是什么区别?7 什么是平衡二叉树?8 堆栈溢出一般是由什么原因导致的?9 冒泡排序算法的时间复杂度是什么?10 什么函数不能声明为虚函数11 栈和队列的区别12 switch不支持的参数类型13 局部变量是否可以和全局变量重名14 全局变量可不可以定义在可被多个.C文件包含的头文件中?为什么?15 简述程序的内存分配16 解释堆和栈的区别17 gcc四部曲18 const关键字19 volatile关键字20 三种基本的数据类型21 结构体与联合体的区别22 const与#define相比的优点23 简述数组与指针的区别24 如何判断程序是由c编译还是c++编译25 讨论含参数的宏与函数的优缺点26 什么是中断27 什么是boa服务器28 共享内存如何使用29.消息队列如何使用30.怎样实现进程间同步31.网关有什么作用32.线程间的同步互斥是怎么实现的33.什么是同步什么是互斥34.文件流指针指的是什么35.文件i/o和标准i/o的区别,两者描述文件的方式36.UDP可不可以实现可靠的数据传输37.TCP的缺点39.register关键字解析38.介绍select,poll,epoll40.符号关键字(unsigned)41.函数指针,指针函数,指针数组,数组指针42.出现野指针的情况43.结构体,枚举,宏定义44.进程线程程序的区别45.动态库和静态库的区别46.什么是回调函数47.地址能否用%u打印48.声明变量和定义变量的区别49.赋值和赋初值有什么区别50.如何引用一个定义过的外部变量51.为什么函数形参数组和指针可以互换52.形参和实参有什么区别53.void指针就是空指针么,有什么作用54.指针,数组,地址之间有什么关系55.字符设备,块设备,管道等在linux下的统称是什么56.查看一个文件类型有哪几种方式57.Linux下常用安装工具58.分别解释shell命令,shell,shell脚本59.printf与scanf操作的是否是同一个文件60.Linux常用的文件系统类型?如何查看文件系统类型?61.windows下有没有文件系统?文件系统有何作用?62.头文件和库文件一般在哪个路径下?63.系统如何区别同名的文件64.系统如何区别不同的进程。65.查看文件有哪些命令66.如何修改文件的权限67.什么是符号链接?68.数据结构主要研究的是什么?69.数组和链表的区别(逻辑结构、内存存储、访问方式三个方面辨析)70.快速排序的算法71.hash查找的算法72.判断单链表是否有环[73.判断一个括号字符串是否匹配正确,如果括号有多种,怎么做?如(([]))正确,[(()错误74.简述系统调用?75.如何将程序执行直接运行于后台?76.进程的状态77.简述创建子进程中的写时拷贝技术?78.线程池的使用?79.简述互斥锁的实现原理?80.简述死锁的情景?81.简述信号量的原理?82.管道的通信原理?83.用户进程对信号的响应方式?84.ISO七层网络通信结构,每层的主要作用,主要的协议85.TCP/IP四层网络通信结构86.io模型有哪几种87.如何实现并发服务器,并发服务器的实现方式以及有什么异同88.网络超时检测的本质和实现方式89.udp本地通信需要注意哪些方面90.怎么修改文件描述符的标志位91.TCP和UDP的区别92.TCP的三次握手和四次挥手分别作用,主要做什么93.new、delete、malloc、free关系94.delete与delete[]区别95.C++有哪些性质(面向对象特点)96.子类析构时要调用父类的析构函数吗?97.多态,虚函数,纯虚函数98.什么是“引用”?申明和使用“引用”要注意哪些问题?99.将“引用”作为函数参数有哪些特点?100.在什么时候需要使用“常引用”?101.将“引用”作为函数返回值类型的格式、好处和需要遵守的规则?102.结构体与联合体有什么区别?103.重载(overload)和重写(overried)的区别?104.有哪几种情况只能用intializationlist而不能用 assignment?105.main函数执行以前,还会执行什么代码106.栈内存与文字常量区107.int id[sizeof(unsigned long)];这个对吗?为什么?109.基类的析构函数不是虚函数,会带来什么问题?110.全局变量和局部变量有什么区别?是怎么实现的?操作系统和编译器是怎么知道的?111.数组越界访问和段错误113.对指针的认识114.sqlite和mysql的区别和使用115.zstack协议栈是什么116.zstact处理事件的机制117.虚拟内存的区域有哪些,都是如何实现的118.tcp报头的内容119.mac报头的内容120.ip报头的内容121.TCP/IP协议栈的内容122.怎么解决tcp通信的沾包问题123.知道那些查找排序算法124.二分法查找125.信号和槽126.进程的五个段127.ping命令如何使用?用到哪些网络协议?129.孤儿进程,僵尸进程,守护进程130.main函数的参数在哪个地方,怎么实现的131.中断上半部,下半部,具体实现132.数据结构,你知道哪些133.hash算法,hash查找,数字,字符串134.怎么知道子进程资源被回收完了135.信号,信号注册函数136.应用层和内核之间通信除了系统调用,还有别的什么机制137.软中断138.DNS,怎么用139.链表和hash对比140.const修饰完,非要改变,什么结果142.一个双向链表,里面有a、b、c三个数据,现有一个d,简述一下把d插入到a、b之间的步骤。143.什么是僵尸进程、怎么防止僵尸进程,出现了怎么解决?144.进程调度的机制?145.说一下对路由和交换机的认识和区别146.访问百度涉及哪些协议147.两个电脑,网段不同能不能建立连接,在中间加什么就可以连接。148.用过哪些锁,自旋锁的应用场景149.一个进程建立多少数量线程?瓶颈是什么?150…Oops出现的原因。151.在多核处理器中,建立一个线程在哪个cpu上运行,如何修改执行的cpu。152.平衡树153.tcpdump是什么?作用154.MTU:最大,最小155.MSS的含义156.网页发送和接收用到了哪些协议157.网页的发送和接收,你怎么实现158.锁有几种159.父子进程共享什么,不共享什么160.64位系统能打开多少个文件描述符。161.怎么避免孤儿进程162.内核和应用层是怎么通信的163.函数传参,这个参数保存在哪里164.A发消息给C中间经过B路由器在B这做了什么事:TTL经过B会发生什么165.TCP/UDP有无连接怎么理解?TCP的稳定体现在哪呢?UDP有奇偶校验吗(校验字段)?166.快速地址重用;用来解决什么问题?167.为什么要有自旋锁,应用在什么场景处理?168.反汇编的命令169.创建新的进程为什么要fork+exec170.调试多线程的方法171.包的组成172.TCP如何实现可靠通信173.如何设置产生corejump,如何查看coredump的调用栈信息
1. static的作用
<code>静态局部变量:
延长局部变量的生命周期至整个程序运行期间,但作用域仍限于定义它的函数内部。
静态全局变量:
限制全局变量的作用域至定义它的文件,防止其在其他文件中被访问。
静态成员变量:
使成员变量属于类而非类的实例,所有对象共享同一个静态成员变量。
静态成员函数:
使成员函数属于类而非类的实例,可以通过类名直接调用,且只能访问静态成员变量和静态成员函数。
2. 引用与指针的区别
引用:
引用是另一个变量的别名,必须在定义时初始化,且不能为空。
引用一旦初始化后,就不能再指向其他变量。
不需要手动管理内存,引用本身不占用额外内存.
指针:
指针是一个变量,存储另一个变量的地址,可以不初始化或指向nullptr。
指针可以在其生命周期内指向不同的对象或变量
需要手动管理内存,可能涉及动态内存分配和释放。
3. .h头文件中的ifndef/define/endif 的作用
#ifndef、#define和#endif预处理指令用于防止头文件内容被多次包含.
具体作用如下:
#ifndef:检查指定的宏是否未定义,如果未定义则执行后续代码。
#define:定义一个宏,确保后续包含该头文件时,#ifndef检查将失败,避免重复包含。
#endif:结束#ifndef块。
4 #include<file.h>与#include"file.h"的区别?
区别在于搜索路径和顺序:
#include <file.h>:编译器在系统的标准包含目录中搜索头文件,通常用于标准库或第三方库头文件。
#include "file.h":编译器首先在当前源文件所在目录搜索头文件,若未找到则转至标准包含目录,通常用于项目自定义头文件。
5 描述实时系统的基本特性
实时系统的基本特性包括:
时间约束性:必须在规定时间内完成任务处理。
可预测性:系统行为和性能需在给定时间内可预测。
确定性:相同事件的响应时间应一致。
可靠性:系统需在各种环境下稳定运行。
优先级调度:采用优先级调度机制确保高优先级任务优先处理。
资源管理:有效管理资源,确保关键任务获得所需计算资源。
容错性:具备一定容错能力,确保系统稳定性和可靠性。
这些特性确保实时系统在严格时间约束下对外部事件作出及时、准确的响应。
6 全局变量和局部变量在内存中是否有区别?如果有,是什么区别?
全局变量和局部变量在内存中的主要区别如下:
全局变量存储在全局数据区,程序启动时分配,结束时释放。
全局变量从程序启动到结束持续存在。
全局变量在整个程序中可访问。未初始化的全局变量自动初始化为零或空值。
局部变量存储在栈上,随函数调用动态分配和释放。
局部变量仅在其定义的代码块执行期间存在。
局部变量仅在其定义的代码块内可访问。
7 什么是平衡二叉树?
平衡二叉树是一种特殊的二叉搜索树,
其每个节点的左右子树高度差不超过1,
确保树的高度保持在O(log n),
从而保证插入、删除和查找操作的时间复杂度为O(log n)。
常见的平衡二叉树包括AVL树和红黑树。
8 堆栈溢出一般是由什么原因导致的?
递归调用过深:递归层次过深导致堆栈内存不断增加。
局部变量过多或过大:大量或大内存占用的局部变量导致堆栈空间耗尽。
堆栈大小限制:程序所需堆栈空间超过系统或编译器设定的限制。
无限循环或错误逻辑:程序逻辑错误导致函数不断被调用,堆栈空间耗尽。
缓冲区溢出:未正确检查边界的缓冲区操作破坏堆栈结构。
9 冒泡排序算法的时间复杂度是什么?
冒泡排序算法的时间复杂度是O(n^2),
原因是每一次循环都需要进行n-1次比较,
10 什么函数不能声明为虚函数
静态成员函数:属于类而非实例,不与特定对象关联。
内联函数:编译时展开,与虚函数的运行时动态绑定不兼容。
构造函数:用于对象创建,虚函数机制在对象创建后生效。
友元函数:虽可访问私有成员,但不属于类成员函数。
全局函数:不属于任何类。
11 栈和队列的区别
数据存储方式:
栈:后进先出(LIFO),数据从栈顶插入和删除。
队列:先进先出(FIFO),数据从队尾插入,从队头删除。
操作方式:
栈:主要操作是压栈(插入)和弹栈(删除)。
队列:主要操作是入队(插入)和出队(删除)。
12 switch不支持的参数类型
浮点类型:如float和double,因比较复杂且可能有精度问题。
字符串类型:如std::string,因字符串比较和匹配复杂。
自定义对象类型:因switch仅支持整数和枚举类型。
布尔类型:虽为整数类型,但通常用if-else更直观。
13 局部变量是否可以和全局变量重名
在C++中,局部变量可以与全局变量重名。当局部变量与全局变量重名时,
在局部变量的作用域内,局部变量会屏蔽(隐藏)同名的全局变量。
这意味着在局部变量的作用域内,访问该变量名时将引用局部变量,而不是全局变量。
14 全局变量可不可以定义在可被多个.C文件包含的头文件中?为什么?
全局变量不应定义在可被多个.C文件包含的头文件中,因为这会导致重复定义错误。
每个包含该头文件的.C文件都会有一份全局变量的定义,链接时会引发重复定义错误。
正确的做法是将全局变量的声明放在头文件中,并在一个.C文件中进行定义。
头文件中使用extern关键字声明全局变量,表示该变量在其他地方定义。
15 简述程序的内存分配
栈(Stack):存储函数的局部变量、参数和返回地址,自动管理,后进先出。
堆(Heap):动态内存分配,由程序员通过new和delete操作符手动管理。
全局/静态存储区:存储全局变量和静态变量,生命周期从程序启动到结束。
常量存储区:存储常量数据,如字符串常量和const修饰的变量,不可修改。
代码段:存储程序的机器指令,只读,防止运行时修改。
16 解释堆和栈的区别
栈:
自动管理,由编译器负责,函数调用时分配,返回时释放。
局部变量和函数参数的生命周期由函数调用和返回决定。
访问速度较快,因为栈的内存分配和释放是连续的。
后进先出(LIFO),内存分配和释放按固定顺序进行。
堆:
手动管理,由程序员通过new和delete操作符显式分配和释放。
动态分配的内存生命周期由程序员控制,直到显式释放。
访问速度较慢,因为堆的内存分配和释放是动态的,可能涉及内存碎片和复杂的分配算法。
内存分配和释放没有固定顺序,可以按需进行。
17 gcc四部曲
预处理:处理预处理指令,生成预处理后的源文件。 (展开宏定义,包含头文件内容,移除注释等,) 命令: gcc -E main.c -o main.i
编译:将预处理后的源文件编译成汇编代码。 (词法分析、语法分析、语义分析和代码优化,生成对应的汇编代码。) 命令: gcc -S main.i -o main.s
汇编:将汇编代码汇编成目标文件。 (汇编语言文件转换成机器代码) 命令: gcc -c main.s -o main.o
链接:将目标文件与库链接,生成可执行文件。 命令: gcc main.o -o main
18 const关键字
const关键字可以提高代码的安全性、保护数据不被修改。
1. 常量变量
定义初始化后不可更改的变量。
2. 常量指针
指针指向的值不可变。
指针本身不可变。
指针和指针指向的值都不可变。
3. 常量成员函数
在类中,修饰成员函数表示该函数不会修改类的成员变量。
4. 常量函数参数
在函数参数中使用,表示函数内部不能修改该参数的值。
5. 常量返回值
修饰函数返回值,表示返回值不可修改。
19 volatile关键字
(答案存疑)
volatile关键字在C++中用于告诉编译器,
某个变量的值可能会在程序的控制之外被改变,
因此编译器不应该对该变量进行优化。
20 三种基本的数据类型
整型(Integer)、浮点型(Floating-Point)和字符型(Character)
21 结构体与联合体的区别
结构体:
每个成员有独立内存,总大小是各成员大小之和(考虑内存对齐)。
可同时存储多个不同类型的数据。可同时访问和修改所有成员。
适用于多数据存储,表示复杂对象。
联合体:
所有成员共享内存,大小等于最大成员的大小。
同一时间只能存储一个成员的值。只能访问和修改当前存储的成员。
适用于节省内存或实现多态。
22 const与#define相比的优点
const:
提供类型检查,确保类型安全。
具有作用域,可在局部或类作用域定义。
可被调试器识别和显示,便于调试。
可存储在只读存储区,优化内存管理。
更易读和维护,有明确的类型和作用域。
#define:
无类型信息,缺乏类型检查。
全局作用域,易引发命名冲突。
预处理阶段被替换,难以调试。
不占用内存空间。
代码中直接替换,可能导致代码膨胀和可读性下降。
23 简述数组与指针的区别
1. 定义和初始化
数组:需指定元素类型和数量。
指针:需指定指向的变量类型。
2. 内存分配
数组:静态分配连续内存。
指针:可动态分配内存。
3. 访问元素
数组:用下标访问。
指针:用指针运算访问。
4. 赋值和复制
数组:不能直接赋值,需逐元素复制。
指针:可以直接赋值。
5. 函数参数传递
数组:退化为指针,传递首地址。
指针:传递指针变量的值(地址)。
6. 类型信息
数组:数组名表示整个数组。
指针:表示指向的变量类型。
24 如何判断程序是由c编译还是c++编译
C源文件:通常使用.c扩展名。 生成的目标文件通常带有c标记。
C++源文件:通常使用.cpp、.cc、.cxx等扩展名。 生成的目标文件通常带有cpp或cxx标记。
25 讨论含参数的宏与函数的优缺点
宏函数
预处理阶段展开,无函数调用开销,执行速度快。
避免函数调用的堆栈操作,适用于性能敏感代码。
可接受任意类型参数,不进行类型检查。
可读性和维护性差:
宏代码在预处理阶段展开,可能导致代码膨胀,难以调试。
宏定义分散,不易阅读和维护。
不进行类型检查,可能导致类型相关的错误。
函数:
函数有明确的定义和调用,代码结构清晰,易于阅读和维护。
便于调试和测试。
编译器进行类型检查,确保类型安全,减少运行时错误。
函数调用涉及堆栈操作,可能带来额外开销
26 什么是中断
中断是计算机系统中的一种机制,用于在执行程序的过程中,
临时暂停当前任务,转而处理更为紧急或重要的任务。
中断可以由硬件设备或软件触发,
处理过程包括中断请求、中断响应、保存现场、中断处理和恢复现场。
这一机制提高了系统的响应速度和处理能力,广泛应用于设备驱动程序、操作系统内核和实时系统等领域。
27 什么是boa服务器
BOA服务器是一种轻量级、高性能的Web服务器软件,
专为嵌入式系统和资源受限的环境设计。
它具有代码量小、占用资源少、处理性能高、配置简单、稳定可靠等特点。
BOA服务器广泛应用于嵌入式Linux系统,
提供基本的HTTP服务,如静态网页访问和简单的CGI脚本执行,
适用于物联网设备、路由器、网络存储设备等领域。
28 共享内存如何使用
共享内存是一种高效的进程间通信机制,
通过系统调用创建、附加、使用、分离和删除共享内存段,
实现多个进程间的数据共享。使用时需注意同步问题,以确保数据一致性。常见的同步机制包括信号量、互斥锁等
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1创建共享内存:
使用系统调用(如shmget)创建一个新的共享内存段,或者获取一个已存在的共享内存段的标识符。
2附加共享内存:
使用系统调用(如shmat)将共享内存段附加到进程的地址空间中,使得进程可以访问这块内存。
3使用共享内存:
进程可以直接读写附加到其地址空间中的共享内存区域,进行数据交换。
4分离共享内存:
当进程不再需要访问共享内存时,使用系统调用(如shmdt)将共享内存段从其地址空间中分离。
5删除共享内存:
当所有进程都不再需要使用共享内存时,使用系统调用(如shmctl)删除共享内存段,释放系统资源。
29.消息队列如何使用
消息队列是一种进程间通信(IPC)机制,允许多个进程通过发送和接收消息来进行异步通信。以下是消息队列的基本使用步骤:
创建消息队列:
使用系统调用(如msgget)创建一个新的消息队列,或者获取一个已存在的消息队列的标识符。
发送消息:
使用系统调用(如msgsnd)将消息发送到消息队列中。消息通常包含一个类型字段和一个数据字段。
接收消息:
使用系统调用(如msgrcv)从消息队列中接收消息。接收方可以根据消息类型选择性地接收消息。
控制消息队列:
使用系统调用(如msgctl)对消息队列进行控制操作,如修改队列属性、删除队列等。
消息队列的使用提供了进程间异步通信的能力,
发送方和接收方不需要同时处于活动状态,
消息会在队列中等待直到被处理。这种机制适用于需要解耦和异步处理的场景。
30.怎样实现进程间同步
进程间同步的常见方法包括:
信号量:
计数器,控制共享资源访问,通过semget、semop、semctl系统调用实现。
互斥锁(Mutex):
二进制信号量,确保同一时间只有一个进程访问资源,通过pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock实现。
条件变量(Condition Variable):
允许进程在特定条件满足时等待或唤醒,通过pthread_cond_init、pthread_cond_wait、pthread_cond_signal实现。
文件锁(File Lock):
通过文件系统提供的锁机制,控制对文件的访问,通过fcntl系统调用实现。
这些方法确保进程按序访问共享资源,避免数据竞争和不一致。
31.网关有什么作用
网关是连接不同网络的关键设备,主要作用包括:
协议转换:在不同网络协议间进行转换。
数据转发:将数据从一个网络传输到另一个网络。
安全控制:实施防火墙等安全策略,保护网络免受威胁。
地址转换:进行网络地址转换(NAT),实现私有IP与公共IP的转换。
路由选择:根据路由表选择最佳路径,确保数据高效传输。
服务提供:提供DHCP、DNS等服务,简化网络管理。
网关确保网络间的顺畅通信和安全防护,是网络通信的桥梁和安全屏障。
32.线程间的同步互斥是怎么实现的
线程间同步互斥的实现方法包括:
互斥锁(Mutex):
通过pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock实现,确保同一时间只有一个线程访问资源。
条件变量(Condition Variable):
通过pthread_cond_init、pthread_cond_wait、pthread_cond_signal实现,允许线程在特定条件满足时等待或唤醒。
读写锁(Reader-Writer Lock):
通过pthread_rwlock_init、pthread_rwlock_rdlock、pthread_rwlock_wrlock、pthread_rwlock_unlock实现,允许多个读线程同时访问,但写线程独占访问。
信号量(Semaphore):
通过sem_init、sem_wait、sem_post实现,控制对共享资源的访问。
这些机制确保线程按序访问共享资源,避免数据竞争和不一致。
33.什么是同步什么是互斥
同步(Synchronization):
确保多个线程或进程按特定顺序执行,避免竞态条件,常用机制包括条件变量、信号量、屏障等。
互斥(Mutual Exclusion):
确保同一时间只有一个线程或进程访问共享资源,常用机制包括互斥锁、临界区等。
34.文件流指针指的是什么
文件流指针(File Stream Pointer):
指向文件内部位置的指针,用于指示当前读写操作的位置,通过fopen、fread、fwrite、fseek等函数操作。
35.文件i/o和标准i/o的区别,两者描述文件的方式
文件I/O(低级I/O):
直接使用系统调用(如open、read、write、close),操作文件描述符,性能高但编程复杂。
标准I/O(高级I/O):
使用标准库函数(如fopen、fread、fwrite、fclose),操作文件流指针,提供缓冲机制,编程简单但性能稍低。
描述文件方式:
文件I/O使用文件描述符(整数)。
标准I/O使用文件流指针(FILE*)。
36.UDP可不可以实现可靠的数据传输
UDP本身不可靠,但可通过应用层实现可靠性:
使用确认机制、重传机制、序号和校验和等手段,在应用层实现类似TCP的可靠性。
37.TCP的缺点
TCP缺点:
头部较大,开销高。
传输速度受拥塞控制影响,可能较慢。
连接建立需三次握手,延迟较高。
不支持多播和广播。
39.register关键字解析
register关键字:
建议编译器将变量存储在寄存器中,提高访问速度。
编译器可忽略此建议,现代编译器优化能力强,register使用较少。
限制:不能取地址,不能用于数组和结构体。
38.介绍select,poll,epoll
select:
监控多个文件描述符(FD),最大数量有限(通常1024)。
使用位图表示FD集合,每次调用需传递整个集合,效率低。
适用于简单、FD数量少的场景。
poll:
使用链表管理FD,无最大数量限制。
每次调用需传递整个链表,效率随数量增加下降。
适用于FD数量较多但仍有限的场景。
epoll:
Linux特有,高效处理大量FD。
使用事件驱动,仅通知有事件发生的FD,无需遍历所有FD。
支持边缘触发(ET)和水平触发(LT),性能稳定,适用于高并发场景。
40.符号关键字(unsigned)
unsigned关键字:
用于声明无符号整数类型,表示数值范围从0开始,无负数。
常见用法:unsigned int、unsigned char、unsigned long等。
增加正数范围,减少负数范围。
41.函数指针,指针函数,指针数组,数组指针
函数指针:
指向函数的指针,用于调用函数,声明如int (*func_ptr)(int, int);。
指针函数:
返回指针的函数,如int* func(int x);。
指针数组:
存储指针的数组,如int* arr[10];。
数组指针:
指向数组的指针,如int (*arr_ptr)[10];。
42.出现野指针的情况
野指针情况:
未初始化指针,如int* p;。
释放内存后未置空,如free(p); p = NULL;。
指针越界访问,超出分配内存范围。
多线程环境下未同步访问共享指针。
43.结构体,枚举,宏定义
结构体:
用户定义的数据类型,组合多个不同类型数据,如struct Point { int x; int y; };。
枚举:
定义一组命名常量,如enum Color { RED, GREEN, BLUE };。
宏定义:
预处理器指令,定义常量或代码片段,如#define PI 3.14,#define SQUARE(x) ((x) * (x))。
44.进程线程程序的区别
进程适合需要高度隔离和稳定性的任务,而线程适合需要高并发和快速响应的任务。
进程:
进程是操作系统分配资源(如内存、文件描述符等)的基本单位。
操作系统负责进程的调度,进程的调度基于优先级和调度算法。
每个进程都有独立的内存空间和系统资源。
创建和销毁进程需要较多的系统资源.
进程间通信(IPC)通常需要使用特定的机制(如管道、消息队列、共享内存等),相对复杂;
进程间的切换开销较大,但隔离性好,一个进程的崩溃通常不会影响其他进程。
线程:
线程是进程中的一个执行单元,是cpu调度的基本单元;
一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的内存空间和系统资源。
线程的创建和销毁相对轻量;
线程间通信相对简单,可以直接通过全局变量或共享数据结构进行通信。
线程间的切换开销较小,适合高并发场景,但一个线程的错误可能会影响整个进程。
线程的调度可以由操作系统负责,也可以由程序员在用户空间进行控制。
45.动态库和静态库的区别
静态库:
编译时链接到可执行文件,包含所有代码和数据。
可执行文件体积大,部署简单,运行时无需外部库。
动态库:
运行时加载,多个程序共享,节省内存。
可执行文件体积小,需依赖外部库,部署复杂。
更新动态库不影响可执行文件,便于维护。
46.什么是回调函数
回调函数:
作为参数传递给其他函数的函数,在特定事件或条件触发时被调用。
实现异步编程、事件驱动编程,提高代码灵活性和可扩展性。
常见于事件处理、异步操作、库函数接口等场景。
47.地址能否用%u打印
地址通常不能用%u打印:
%u用于无符号整数,地址类型为指针(如void*)。
应使用%p格式符打印指针地址,如printf("%p", ptr);。
确保类型匹配,避免未定义行为。
48.声明变量和定义变量的区别
声明变量:
告知编译器变量存在,但不分配内存,如extern int x;。
定义变量:
实际分配内存,创建变量,如int x;。
定义隐含声明,但声明不隐含定义。
区别:
声明不分配内存,定义分配内存。
多个声明合法,重复定义非法。
49.赋值和赋初值有什么区别
赋值:
将值赋予已存在的变量,如int x; x = 10;。
赋初值:
在变量定义时赋予初始值,如int x = 10;。
区别:
赋值操作变量已存在,赋初值伴随变量定义。
赋初值确保变量初始状态,避免未定义行为。
50.如何引用一个定义过的外部变量
引用外部变量:
使用extern关键字声明,如extern int x;。
确保外部变量在其他文件中已定义,如int x;。
编译器链接时解析外部变量引用。
51.为什么函数形参数组和指针可以互换
函数形参数组和指针互换原因:
数组名在函数参数列表中退化为指向首元素的指针。
如void func(int arr[])等同于void func(int *arr)。
编译器处理数组参数为指针,传递数组地址,提高效率。
区别:
数组参数声明更直观,指针参数更灵活。
数组参数隐含大小信息,指针参数无此信息。
52.形参和实参有什么区别
形参是函数定义时声明的参数,用于接收调用时传递的值;
实参是函数调用时传递给函数的具体值或变量。
简单来说,形参是“形式上的参数”,实参是“实际的参数”。
53.void指针就是空指针么,有什么作用
void指针(void *)是一种特殊类型的指针,它可以指向任何数据类型,
但本身不指定具体类型。它不是空指针(NULL或nullptr),
空指针表示指针不指向任何有效的内存地址。
void指针的作用包括:
通用数据类型的指针,适用于需要处理多种数据类型的函数。
在函数参数中使用,实现泛型编程。
动态内存分配时,返回的指针类型通常是void *。
54.指针,数组,地址之间有什么关系
指针、数组和地址之间有密切的关系:
指针:指针是一个变量,存储另一个变量的内存地址。
数组:数组是一组相同类型的元素的集合,数组名本身代表数组首元素的地址。
地址:地址是内存中存储单元的编号,通过地址可以访问存储在该位置的数据。
关系如下:
数组名可以看作指向数组首元素的常量指针。
指针可以用来访问和操作数组元素。
通过指针和数组名,可以对内存地址进行操作和访问
55.字符设备,块设备,管道等在linux下的统称是什么
在Linux下,字符设备、块设备、管道等统称为特殊文件或设备文件。
它们通常位于/dev目录下,用于与硬件设备或特定系统功能进行交互。
56.查看一个文件类型有哪几种方式
查看文件类型有以下几种方式:
file命令:使用file命令可以查看文件的类型。
file filename
ls -l命令:使用ls -l命令查看文件的详细信息,第一列显示文件类型和权限。
ls -l filename
stat命令:使用stat命令查看文件的详细状态信息。
stat filename
文件扩展名:虽然Linux不依赖文件扩展名来判断文件类型,但某些应用程序和用户习惯使用扩展名来标识文件类型。
57.Linux下常用安装工具
APT(Advanced Package Tool):Debian及其衍生发行版(如Ubuntu)的包管理工具。
sudo apt update
sudo apt install package_name
YUM(Yellowdog Updater, Modified):Red Hat及其衍生发行版(如CentOS)的包管理工具。
sudo yum install package_name
DNF(Dandified YUM):YUM的继任者,用于Fedora和较新的Red Hat发行版。
sudo dnf install package_name
Pacman:Arch Linux及其衍生发行版的包管理工具。
sudo pacman -S package_name
Zypper:openSUSE的包管理工具。
sudo zypper install package_name
Snap和Flatpak:用于跨发行版的通用包管理工具。
sudo snap install package_name
sudo flatpak install package_name
58.分别解释shell命令,shell,shell脚本
Shell命令:Shell命令是用户通过Shell(命令行解释器)输入的指令,用于执行特定的操作,如文件管理、进程控制、系统配置等。例如,ls、cd、mkdir等。
Shell:Shell是操作系统的外壳,作为用户与内核之间的接口,负责解释和执行用户输入的命令。常见的Shell有Bash(Bourne Again SHell)、Zsh、Fish等。
Shell脚本:Shell脚本是用Shell语言编写的脚本文件,包含一系列Shell命令和控制结构(如循环、条件判断等),用于自动化执行一系列任务。Shell脚本通常以.sh为扩展名,可以通过sh或bash等Shell解释器执行。
59.printf与scanf操作的是否是同一个文件
printf和scanf操作的默认情况下是同一个文件,即标准输入输出文件。具体来说:
printf:用于向标准输出(通常是终端屏幕)打印数据。
scanf:用于从标准输入(通常是键盘)读取数据。
在默认情况下,标准输出和标准输入分别对应文件描述符1和0。
用户可以通过重定向操作符(如>、<、>>)将这些标准流重定向到其他文件或设备。
60.Linux常用的文件系统类型?如何查看文件系统类型?
Linux常用的文件系统类型包括:
ext4:第四代扩展文件系统,是大多数Linux发行版的默认文件系统。
ext3:第三代扩展文件系统,是ext4的前身。
ext2:第二代扩展文件系统。
XFS:高性能的日志文件系统,常用于大型文件系统和高性能计算。
Btrfs:B-tree文件系统,具有高级功能,如快照、数据校验和、动态inode分配等。
NTFS:Windows的默认文件系统,在Linux中可以通过NTFS-3G等驱动程序进行读写。
FAT32:常见的跨平台文件系统,兼容性好,但功能有限。
查看文件系统类型的方法:
df命令:使用df -T命令查看挂载点上的文件系统类型。
df -T
lsblk命令:使用lsblk -f命令查看块设备的文件系统类型。
lsblk -f
file命令:使用file -s命令查看特定设备上的文件系统类型。
file -s /dev/sda1
blkid命令:使用blkid命令查看块设备的UUID和文件系统类型。
blkid
61.windows下有没有文件系统?文件系统有何作用?
Windows操作系统下有多种文件系统,常见的包括:
NTFS(New Technology File System):Windows的默认文件系统,支持大容量磁盘、文件权限控制、加密、压缩等高级功能。
FAT32(File Allocation Table 32):较早的文件系统,兼容性好,但文件大小和分区大小有限制。
exFAT(Extended File Allocation Table):用于闪存驱动器和大容量存储设备,支持更大的文件和分区。
文件系统的作用主要包括:
组织和管理文件:文件系统负责在存储设备上组织和管理文件,包括文件的存储位置、目录结构、文件名等。
数据存储和检索:文件系统提供数据存储和检索的机制,确保数据能够高效、可靠地存储和访问。
文件权限和安全:某些文件系统(如NTFS)提供文件权限控制、加密等功能,保护数据安全。
磁盘空间管理:文件系统管理磁盘空间,分配和回收存储空间,确保磁盘空间的高效利用。
总之,文件系统是操作系统中负责管理文件和目录、控制文件存储和检索的关键组件。
62.头文件和库文件一般在哪个路径下?
头文件和库文件在不同操作系统及编译环境下的默认路径有所不同:
头文件(Header Files):
Linux:通常位于/usr/include或/usr/local/include目录下。
Windows:通常位于编译器或开发环境的安装目录下的include文件夹中,例如Visual Studio的VC\include目录。
库文件(Library Files):
Linux:通常位于/usr/lib或/usr/local/lib目录下。
Windows:通常位于编译器或开发环境的安装目录下的lib文件夹中,例如Visual Studio的VC\lib目录。
此外,用户也可以自定义头文件和库文件的路径,通过编译器的选项(如-I指定头文件路径,-L指定库文件路径)来指定。
63.系统如何区别同名的文件
系统通过以下几种方式来区别同名文件:
目录结构:文件系统通过文件所在的目录来区分同名文件。例如,/home/user1/file.txt和/home/user2/file.txt是两个不同的文件,即使它们具有相同的文件名。
文件路径:完整的文件路径(包括目录和文件名)唯一标识一个文件。例如,C:\Documents\file.txt和C:\Downloads\file.txt是两个不同的文件。
文件扩展名:虽然文件扩展名不是必须的,但在某些情况下,扩展名可以用来区分同名文件。例如,file.txt和file.doc是两个不同的文件。
文件属性:某些文件系统支持文件属性(如标签、颜色标记等),这些属性可以用来区分同名文件。
文件系统UUID:某些文件系统(如NTFS)为每个文件分配唯一的UUID(Universally Unique Identifier),即使文件名相同,UUID也能唯一标识文件。
硬链接和符号链接:硬链接和符号链接可以指向同一个文件,但它们在文件系统中表现为不同的条目。
总之,文件系统通过文件的完整路径、目录结构、扩展名、属性、UUID等方式来确保同名文件在系统中能够被正确区分和管理。
64.系统如何区别不同的进程。
系统通过以下几种方式来区别不同的进程:
进程ID(PID):每个进程在系统中都有一个唯一的进程ID(PID),这是一个正整数,用于标识进程。PID由操作系统内核分配,并在进程的生命周期内保持不变。
父进程ID(PPID):每个进程都有一个父进程ID(PPID),表示创建该进程的父进程的PID。通过PPID,可以追踪进程的创建关系。
进程名称:进程通常有一个名称,可以通过命令行工具(如ps、top)查看。虽然名称不是唯一的,但结合PID可以唯一标识一个进程。
进程状态:进程在不同状态下(如运行、等待、停止等)可以被区分。状态信息可以通过系统调用或命令行工具查看。
用户和组ID:进程运行在特定的用户和组上下文中,用户ID(UID)和组ID(GID)可以用来区分不同用户或组的进程。
内存地址空间:每个进程都有独立的内存地址空间,包括代码段、数据段、堆、栈等。通过内存地址空间的隔离,系统可以区分不同的进程。
文件描述符:每个进程都有一组文件描述符,用于管理打开的文件和设备。文件描述符的集合可以用来区分不同的进程。
进程控制块(PCB):操作系统内核为每个进程维护一个进程控制块(PCB),包含进程的所有信息(如PID、状态、优先级、寄存器值等)。PCB是内核区分和管理进程的核心数据结构。
通过这些方式,操作系统能够有效地管理和区分系统中的不同进程。
65.查看文件有哪些命令
在Linux和Unix系统中,有多种命令可以用来查看文件内容和属性。以下是一些常用的命令:
cat:显示文件的全部内容。
cat filename
more:分页显示文件内容,适合查看长文件。
more filename
less:与more类似,但功能更强大,支持向前和向后滚动。
less filename
head:显示文件的前几行(默认10行)。
head filename
tail:显示文件的最后几行(默认10行),常用于查看日志文件的更新。
tail filename
nl:显示文件内容并添加行号。
nl filename
od:以八进制或其他格式显示文件内容,用于查看二进制文件。
od filename
file:显示文件类型。
file filename
stat:显示文件的详细状态信息。
stat filename
ls:列出目录内容,包括文件和子目录。
ls -l filename
wc:统计文件的行数、字数和字节数。
wc filename
grep:搜索文件中包含特定模式的行。
grep pattern filename
这些命令提供了多种方式来查看文件的内容和属性,用户可以根据需要选择合适的命令。
66.如何修改文件的权限
简要概述如何修改文件权限:
使用chmod命令:通过chmod命令修改文件权限。
符号模式:
用户类别:u(用户),g(组),o(其他),a(所有)
操作:+(添加),-(移除),=(设置)
权限:r(读),w(写),x(执行)
示例:chmod u+x file(给用户添加执行权限)
八进制模式:
每位八进制数对应一组权限:4(读),2(写),1(执行)
组合这些值来表示权限:例如,7(4+2+1,即rwx)
示例:chmod 755 file(设置用户读、写、执行权限,组和其他用户读、执行权限)
通过这些方式,可以灵活地修改文件的权限。
67.什么是符号链接?
简要概述符号链接:
定义:符号链接(Symbolic Link),又称软链接(Soft Link),是一种特殊类型的文件,指向另一个文件或目录。
特点:
指向性:可以指向文件或目录,跨文件系统。
独立性:有自己的inode和权限,不影响目标文件或目录。
透明性:访问时自动重定向到目标。
脆弱性:目标删除或移动后,链接失效。
创建:使用ln -s命令,语法为ln -s 目标文件或目录 符号链接文件。
符号链接类似于Windows中的快捷方式,用于方便地访问文件或目录
68.数据结构主要研究的是什么?
数据结构主要研究的是如何在计算机中组织和存储数据,以便高效地进行操作。具体来说,数据结构研究以下几个方面:
数据组织:研究如何将数据元素按照一定的逻辑关系组织起来,形成一个数据集合。常见的数据组织方式包括线性结构(如数组、链表)、树形结构(如二叉树、B树)和图形结构(如图、网络)。
数据存储:研究如何在计算机内存中存储数据,以便快速访问和操作。不同的数据结构有不同的存储方式,例如数组在内存中是连续存储的,而链表则是通过指针链接的。
数据操作:研究如何对数据进行增、删、改、查等操作,以及这些操作的时间复杂度和空间复杂度。高效的数据操作是数据结构研究的核心内容之一。
算法设计:数据结构与算法紧密相关,研究数据结构的同时,也需要设计相应的算法来操作这些数据结构。例如,针对不同的数据结构,设计排序、搜索、遍历等算法。
性能分析:研究不同数据结构和算法的性能,包括时间复杂度(操作所需的时间)和空间复杂度(操作所需的内存空间),以便选择最适合特定应用场景的数据结构和算法。
总之,数据结构主要研究数据的组织、存储、操作和性能分析,旨在提供高效的数据处理方法,以满足各种应用需求。
69.数组和链表的区别(逻辑结构、内存存储、访问方式三个方面辨析)
数组和链表是两种常见的数据结构,它们在逻辑结构、内存存储和访问方式上有显著的区别:
逻辑结构
数组:数组的元素在逻辑上是连续的,每个元素有一个固定的位置(索引),可以通过索引直接访问任意元素。
链表:链表的元素在逻辑上通过指针(或引用)链接在一起,每个元素(节点)包含数据和指向下一个节点的指针。访问链表中的元素通常需要从头节点开始,逐个遍历。
内存存储
数组:数组的元素在内存中是连续存储的,这使得数组可以通过基地址和元素大小快速计算出任意元素的内存地址。
链表:链表的元素在内存中可以是非连续存储的,每个节点通过指针链接。这种存储方式使得链表在插入和删除操作时更为灵活,但需要额外的内存空间来存储指针。
访问方式
数组:数组支持随机访问,即可以通过索引直接访问任意位置的元素,时间复杂度为O(1)。
链表:链表支持顺序访问,访问某个元素需要从头节点开始逐个遍历,时间复杂度为O(n),其中n是链表的长度。
总结
数组:逻辑上连续,内存中连续存储,支持随机访问。
链表:逻辑上通过指针链接,内存中可以非连续存储,支持顺序访问。
数组和链表各有优缺点,选择哪种数据结构取决于具体的应用场景和操作需求。
70.快速排序的算法
快速排序(QuickSort)是一种高效的排序算法,采用分治法策略。其主要步骤包括:
选择基准值:从数列中选择一个元素作为基准(pivot)。
分区操作:重新排列数列,将所有比基准值小的元素放在基准前面,所有比基准值大的元素放在基准后面。分区完成后,基准元素处于其最终位置。
递归排序:对基准左右两边的子数列递归地进行快速排序。
快速排序的核心在于分区操作,通过选择合适的基准值和分区策略,可以实现高效的排序。
快速排序的平均时间复杂度为O(n log n),
但在最坏情况下(如每次选择的基准值都是最小或最大元素),时间复杂度为O(n^2)。
#include <iostream>
#include <vector>
// 分区函数
int partition(std::vector<int>& arr, int low, int high) {
int pivot = arr[high]; // 选择最后一个元素作为基准
int i = low - 1; // i是较小元素的索引
for (int j = low; j < high; ++j) {
if (arr[j] < pivot) {
i++;
std::swap(arr[i], arr[j]);
}
}
std::swap(arr[i + 1], arr[high]);
return i + 1;
}
// 快速排序函数
void quicksort(std::vector<int>& arr, int low, int high) {
if (low < high) {
int pi = partition(arr, low, high);
quicksort(arr, low, pi - 1); // 递归排序左子数列
quicksort(arr, pi + 1, high); // 递归排序右子数列
}
}
int main() {
std::vector<int> arr = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
int n = arr.size();
quicksort(arr, 0, n - 1);
std::cout << "Sorted array: ";
for (int i : arr) {
std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
71.hash查找的算法
哈希查找(Hash Search)是一种基于哈希表(Hash Table)的查找算法。哈希表是一种数据结构,通过哈希函数将键(Key)映射到表中的一个位置,从而实现快速的插入、删除和查找操作。哈希查找的核心在于哈希函数的设计和冲突解决方法。
哈希查找的基本步骤
哈希函数:将键转换为哈希表中的索引。一个好的哈希函数应该尽可能均匀地分布键,减少冲突。
冲突解决:当两个或多个键映射到同一个位置时,需要解决冲突。常见的冲突解决方法有链地址法(Chaining)和开放地址法(Open Addressing)。
查找操作:根据键计算哈希值,找到对应的索引,然后在该位置查找目标元素。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
class HashTable {
private:
int size;
std::vector<std::list<std::pair<int, std::string>>> table;
int hashFunction(int key) {
return key % size;
}
public:
HashTable(int s) : size(s) {
table.resize(size);
}
void insert(int key, std::string value) {
int hashIndex = hashFunction(key);
for (auto& pair : table[hashIndex]) {
if (pair.first == key) {
pair.second = value;
return;
}
}
table[hashIndex].push_back(std::make_pair(key, value));
}
std::string search(int key) {
int hashIndex = hashFunction(key);
for (const auto& pair : table[hashIndex]) {
if (pair.first == key) {
return pair.second;
}
}
throw std::out_of_range("Key not found");
}
void remove(int key) {
int hashIndex = hashFunction(key);
for (auto it = table[hashIndex].begin(); it != table[hashIndex].end(); ++it) {
if (it->first == key) {
table[hashIndex].erase(it);
return;
}
}
}
};
int main() {
HashTable ht(10);
ht.insert(1, "Value1");
ht.insert(11, "Value11");
ht.insert(21, "Value21");
try {
std::cout << "Search 1: " << ht.search(1) << std::endl;
std::cout << "Search 11: " << ht.search(11) << std::endl;
std::cout << "Search 21: " << ht.search(21) << std::endl;
std::cout << "Search 31: " << ht.search(31) << std::endl; // This will throw an exception
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
}
ht.remove(11);
try {
std::cout << "Search 11 after removal: " << ht.search(11) << std::endl; // This will throw an exception
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
72.判断单链表是否有环
判断单链表是否有环是一个经典的问题,常用的解决方法是使用快慢指针(Floyd's Tortoise and Hare Algorithm)。该算法通过两个指针以不同的速度遍历链表,如果链表中有环,快指针最终会追上慢指针。
算法步骤
初始化两个指针,慢指针(tortoise)和快指针(hare),都指向链表的头节点。
慢指针每次移动一步,快指针每次移动两步。
如果链表中有环,快指针最终会追上慢指针,即两个指针会相遇。
如果快指针到达链表的末尾(即指向NULL),则链表中没有环。
#include <iostream>
// 定义链表节点结构
struct ListNode {
int val;
ListNode *next;
ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};
// 判断链表是否有环的函数
bool hasCycle(ListNode *head) {
if (head == NULL || head->next == NULL) {
return false;
}
ListNode *slow = head;
ListNode *fast = head->next;
while (slow != fast) {
if (fast == NULL || fast->next == NULL) {
return false;
}
slow = slow->next;
fast = fast->next->next;
}
return true;
}
int main() {
// 创建一个有环的链表
ListNode *head = new ListNode(1);
head->next = new ListNode(2);
head->next->next = new ListNode(3);
head->next->next->next = head->next; // 创建环
if (hasCycle(head)) {
std::cout << "链表中有环" << std::endl;
} else {
std::cout << "链表中没有环" << std::endl;
}
// 清理内存(注意:有环的链表会导致无限循环,这里不进行清理)
return 0;
}
73.判断一个括号字符串是否匹配正确,如果括号有多种,怎么做?如(([]))正确,[[(()错误
判断一个括号字符串是否匹配正确,可以使用栈(Stack)数据结构来实现。栈的特点是后进先出(LIFO),非常适合用于处理括号匹配问题。
算法步骤
初始化一个空栈。
遍历字符串中的每一个字符:
如果是左括号(如(, [, {),将其压入栈中。
如果是右括号(如), ], }),检查栈是否为空:
如果栈为空,说明没有匹配的左括号,返回不匹配。
如果栈不为空,弹出栈顶元素,检查是否与当前右括号匹配。如果不匹配,返回不匹配。
遍历结束后,检查栈是否为空:
如果栈为空,说明所有括号都匹配正确,返回匹配。
如果栈不为空,说明有未匹配的左括号,返回不匹配。
#include <iostream>
#include <stack>
#include <unordered_map>
// 判断括号字符串是否匹配正确的函数
bool isValid(const std::string& s) {
std::stack<char> stack;
std::unordered_map<char, char> bracketMap = {
{')', '('},
{']', '['},
{'}', '{'}
};
for (char ch : s) {
if (bracketMap.find(ch) != bracketMap.end()) {
// 当前字符是右括号
if (stack.empty()) {
return false;
}
char topElement = stack.top();
stack.pop();
if (topElement != bracketMap[ch]) {
return false;
}
} else {
// 当前字符是左括号
stack.push(ch);
}
}
return stack.empty();
}
int main() {
std::string s1 = "(([]))";
std::string s2 = "[[(()]";
if (isValid(s1)) {
std::cout << s1 << " 是匹配的" << std::endl;
} else {
std::cout << s1 << " 是不匹配的" << std::endl;
}
if (isValid(s2)) {
std::cout << s2 << " 是匹配的" << std::endl;
} else {
std::cout << s2 << " 是不匹配的" << std::endl;
}
return 0;
}
74.简述系统调用?
系统调用(System Call)是操作系统提供给应用程序的一组接口,用于请求操作系统内核执行某些特权操作或访问受保护的资源。系统调用是应用程序与操作系统之间的桥梁,使得应用程序可以安全、高效地使用底层硬件和操作系统服务。
系统调用的主要功能
进程控制:创建和终止进程,获取和设置进程属性,等待事件,信号处理等。
文件管理:创建、打开、关闭、读取、写入文件,获取和设置文件属性等。
设备管理:请求和释放设备,读取和写入设备,获取和设置设备属性等。
内存管理:分配和释放内存,映射文件到内存,获取和设置内存属性等。
进程间通信:管道、消息队列、信号量、共享内存等。
网络通信:套接字(Socket)接口,用于网络通信。
系统调用的执行过程
用户态到内核态的切换:应用程序通过特定的指令(如x86架构的int 0x80或syscall指令)发起系统调用,导致CPU从用户态切换到内核态。
系统调用号:每个系统调用都有一个唯一的编号(系统调用号),用于标识具体的系统调用。
参数传递:系统调用的参数通常通过寄存器传递给内核。
内核处理:内核根据系统调用号和参数执行相应的操作,如访问硬件、修改内核数据结构等。
返回结果:内核将系统调用的结果返回给应用程序,并从内核态切换回用户态。
75.如何将程序执行直接运行于后台?
1. 使用 & 符号
在命令行中,可以在命令末尾添加 & 符号,使程序在后台运行。
command &
例如:
./my_program &
2. 使用 nohup 命令
nohup 命令可以使程序在后台运行,并且忽略挂起信号(SIGHUP),即使终端关闭,程序也会继续运行。
nohup command &
例如:
nohup ./my_program &
(还可补充)
76.进程的状态
进程是操作系统中运行的程序的实例,它们在执行过程中会经历不同的状态。常见的进程状态包括:
1. 新建(New)
进程刚刚被创建,但还未被操作系统调度执行。
2. 就绪(Ready)
进程已经准备好运行,等待操作系统分配CPU时间片。
3. 运行(Running)
进程正在CPU上执行。
4. 阻塞(Blocked)
进程由于等待某些事件(如I/O操作完成、信号量可用等)而暂停执行,即使CPU空闲,该进程也不会被调度。
5. 挂起(Suspended)
进程被暂时移出内存,通常是因为内存不足或管理员干预。挂起的进程不占用CPU资源,直到被重新调入内存。
6. 终止(Terminated)
进程执行完毕或被操作系统终止。
新建
|
v
就绪 <-----> 运行 <-----> 阻塞
| | |
v v v
挂起 挂起 挂起
| | |
v v v
终止 终止 终止
77.简述创建子进程中的写时拷贝技术?
写时拷贝(Copy-On-Write,简称COW)是一种优化技术,主要用于在创建子进程时减少内存开销。传统的进程创建方式会为子进程复制父进程的整个地址空间,这会导致大量的内存复制操作。写时拷贝技术通过延迟复制,只在需要修改数据时才进行实际的内存复制,从而提高效率。
写时拷贝的工作原理
初始共享:当创建子进程时,操作系统并不立即复制父进程的地址空间,而是让父进程和子进程共享同一份物理内存。
写时复制:当任何一个进程(父进程或子进程)尝试修改共享内存中的数据时,操作系统会检测到这一操作,并为该进程分配新的物理内存页,然后将修改前的数据复制到新的内存页中,再进行修改。
独立内存:经过写时复制后,父进程和子进程的内存页变得独立,各自拥有自己的副本,互不干扰。
优点
减少内存开销:在创建子进程时,不需要立即复制整个地址空间,节省了大量内存。
提高效率:只有在实际需要修改数据时才进行复制,减少了不必要的内存复制操作,提高了系统性能。
78.线程池的使用?
线程池(Thread Pool)是一种并发编程技术,用于管理和复用线程,以提高程序的性能和资源利用率。
线程池通过预先创建一组线程,并将任务分配给这些线程来执行,从而避免了频繁创建和销毁线程的开销。
线程池的主要优点
减少线程创建和销毁的开销:线程池中的线程是预先创建的,任务执行完毕后不会立即销毁,而是返回到线程池中等待下一个任务。
提高响应速度:任务可以立即分配给线程池中的空闲线程执行,无需等待新线程的创建。
控制并发数量:线程池可以限制同时运行的线程数量,避免系统资源被过度消耗。
线程池的基本组成
任务队列:用于存储待执行的任务。
工作线程:线程池中预先创建的线程,负责从任务队列中取出任务并执行。
任务提交接口:用于向线程池提交任务。
线程池管理器:负责线程池的初始化、任务分配、线程管理等。
线程池的使用步骤
创建线程池:初始化线程池,指定线程池的大小(即工作线程的数量)。
提交任务:将任务提交给线程池,线程池会自动分配给空闲的工作线程执行。
执行任务:工作线程从任务队列中取出任务并执行。
关闭线程池:任务执行完毕后,关闭线程池,释放资源。
79.简述互斥锁的实现原理?
互斥锁(Mutex,全称Mutual Exclusion)是一种同步机制,用于确保在多线程环境中,同一时间只有一个线程可以访问共享资源。互斥锁的实现原理主要基于操作系统的内核支持和原子操作。
互斥锁的基本原理
锁定(Lock):当一个线程尝试锁定互斥锁时,如果锁是可用的(即未被其他线程持有),该线程将成功获得锁,并可以访问共享资源。如果锁已被其他线程持有,尝试锁定的线程将被阻塞,直到锁变为可用。
解锁(Unlock):持有锁的线程在访问完共享资源后,必须释放锁,使其他线程可以获得锁并访问共享资源。
互斥锁的实现细节
原子操作:互斥锁的核心是原子操作,确保锁的状态在多线程环境中不会出现竞态条件。原子操作通常由硬件支持,确保操作在执行过程中不会被中断。
内核支持:操作系统内核提供互斥锁的实现,包括锁的创建、销毁、锁定和解锁等操作。内核通过调度机制管理线程的阻塞和唤醒。
等待队列:当多个线程尝试锁定同一个互斥锁时,内核会维护一个等待队列,按顺序阻塞这些线程。当锁被释放时,内核会从等待队列中选择一个线程唤醒,使其获得锁。
互斥锁的状态
可用(Unlocked):锁未被任何线程持有,可以被任意线程锁定。
锁定(Locked):锁被某个线程持有,其他线程尝试锁定时将被阻塞。
80.简述死锁的情景?
死锁(Deadlock)是指在多线程或多进程系统中,两个或多个线程(或进程)互相持有对方所需的资源,并且都在等待对方释放资源,从而导致所有涉及的线程(或进程)都无法继续执行的状态。死锁是一种常见的并发问题,可能导致系统停滞。
死锁的四个必要条件
互斥条件(Mutual Exclusion):资源不能被多个线程(或进程)同时访问,必须独占使用。
占有并等待(Hold and Wait):线程(或进程)已经持有一个或多个资源,并且正在等待获取其他线程(或进程)持有的资源。
不可抢占(No Preemption):资源不能被强制抢占,只能由持有资源的线程(或进程)主动释放。
循环等待(Circular Wait):存在一组线程(或进程),形成一个循环链,每个线程(或进程)都在等待下一个线程(或进程)持有的资源。
死锁的典型情景
资源分配图:如果资源分配图中存在环路,则可能发生死锁。环路表示一组线程(或进程)和资源之间的循环依赖关系。
银行家算法:银行家算法是一种避免死锁的算法,通过预先检查资源分配状态,确保系统不会进入不安全状态(即可能发生死锁的状态)。
死锁的解决方法
预防死锁:通过破坏死锁的四个必要条件之一来预防死锁的发生。例如,可以通过资源分级、一次性请求所有资源、资源抢占等方式来预防死锁。
避免死锁:在运行时动态检查资源分配状态,确保系统始终处于安全状态。银行家算法是一种典型的避免死锁的方法。
检测和恢复死锁:定期检测系统中是否存在死锁,一旦检测到死锁,采取措施恢复系统,如终止某些线程(或进程)、回滚事务等。
81.简述信号量的原理?
信号量(Semaphore)是一种用于多线程或多进程环境中同步和互斥的机制。信号量通过一个整数值来控制对共享资源的访问,可以用于实现线程间的同步和资源管理。信号量的原理基于计数器和等待队列。
信号量的基本原理
计数器:信号量维护一个整数计数器,表示可用资源的数量。计数器的初始值可以设置为资源的初始数量。
P操作(等待操作,Proberen):线程尝试获取资源时,执行P操作。如果计数器大于零,表示有可用资源,线程可以继续执行,并将计数器减一。如果计数器为零,表示没有可用资源,线程将被阻塞,进入等待队列。
V操作(信号操作,Verhogen):线程释放资源时,执行V操作。计数器加一,并唤醒等待队列中的一个线程,使其可以继续执行。
信号量的类型
二进制信号量(Binary Semaphore):计数器的值只能为0或1,类似于互斥锁,但信号量可以被任意线程释放。
计数信号量(Counting Semaphore):计数器的值可以是任意非负整数,用于控制多个资源的访问。
信号量的实现细节
原子操作:信号量的P操作和V操作必须是原子操作,确保在多线程环境中的正确性。原子操作通常由硬件支持,确保操作在执行过程中不会被中断。
等待队列:信号量维护一个等待队列,用于存储被阻塞的线程。当计数器为零时,尝试获取资源的线程将被加入等待队列。当计数器增加时,信号量会从等待队列中唤醒一个线程。
82.管道的通信原理?
管道(Pipe)是一种用于进程间通信(Inter-Process Communication, IPC)的机制。管道允许一个进程将其输出直接连接到另一个进程的输入,从而实现数据的单向或双向传输。管道的通信原理基于操作系统的内核支持,通过创建一个共享的内存缓冲区来传递数据。
管道的基本原理
创建管道:操作系统在内核中创建一个共享的内存缓冲区,用于存储数据。管道有两个端点:读端和写端。
数据传输:写进程将数据写入管道的写端,数据被存储在共享的内存缓冲区中。读进程从管道的读端读取数据,数据从共享的内存缓冲区中取出。
阻塞和非阻塞操作:
如果管道的缓冲区已满,写进程将被阻塞,直到有空间可用。
如果管道的缓冲区为空,读进程将被阻塞,直到有数据可用。
关闭管道:当进程不再需要使用管道时,可以关闭管道的读端或写端。当所有读端和写端都关闭时,管道将被销毁。
管道的类型
匿名管道(Anonymous Pipe):通常用于父子进程之间的通信,通过pipe系统调用创建。匿名管道是单向的,只能用于具有亲缘关系的进程之间。
命名管道(Named Pipe):也称为FIFO(First In, First Out),通过mkfifo系统调用创建。命名管道是双向的,可以用于任意进程之间的通信。
83.用户进程对信号的响应方式?
在Unix和类Unix操作系统中,信号(Signal)是一种用于进程间通信的机制,用于通知进程发生了某个事件。用户进程可以通过多种方式响应信号,具体取决于信号的处理方式。
信号的响应方式
默认处理(Default Action):每个信号都有一个默认的处理方式,由操作系统定义。常见的默认处理方式包括终止进程、忽略信号、暂停进程、继续进程等。
忽略信号(Ignore Signal):进程可以选择忽略某个信号,即不对该信号做出任何响应。通过调用signal或sigaction函数,并将处理函数设置为SIG_IGN,可以忽略信号。
捕获信号(Catch Signal):进程可以捕获信号,并执行自定义的处理函数。通过调用signal或sigaction函数,并将处理函数设置为自定义函数,可以捕获信号并执行相应的处理逻辑。
常见的信号及其默认处理方式
SIGINT:中断信号,通常由用户按下Ctrl+C产生。默认处理方式是终止进程。
SIGTERM:终止信号,通常由kill命令产生。默认处理方式是终止进程。
SIGKILL:强制终止信号,无法被捕获或忽略。默认处理方式是终止进程。
SIGSTOP:暂停信号,无法被捕获或忽略。默认处理方式是暂停进程。
SIGCONT:继续信号,默认处理方式是继续执行暂停的进程。
SIGUSR1 和 SIGUSR2:用户定义的信号,默认处理方式是终止进程。
84.ISO七层网络通信结构,每层的主要作用,主要的协议
ISO七层网络通信结构,也称为OSI(Open Systems Interconnection)模型,是一个概念性的框架,
用于描述网络通信中各个层次的功能和协议。每一层都有特定的作用和相关的协议。以下是各层的主要作用和主要的协议:
1. 物理层(Physical Layer)
主要作用:负责传输原始比特流,处理电压、物理介质、数据速率等物理特性。
主要协议:RS-232、Ethernet(IEEE 802.3)、USB、Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802.11)。
2. 数据链路层(Data Link Layer)
主要作用:将原始比特流组织成数据帧,提供节点到节点的传输,进行错误检测和纠正。
主要协议:Ethernet(IEEE 802.3)、PPP(Point-to-Point Protocol)、HDLC(High-Level Data Link Control)、ARP(Address Resolution Protocol)。
3. 网络层(Network Layer)
主要作用:负责数据包的路由和转发,实现端到端的传输,处理逻辑地址(如IP地址)。
主要协议:IP(Internet Protocol)、ICMP(Internet Control Message Protocol)、OSPF(Open Shortest Path First)、BGP(Border Gateway Protocol)。
4. 传输层(Transport Layer)
主要作用:提供端到端的可靠数据传输服务,进行流量控制和错误恢复。
主要协议:TCP(Transmission Control Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)、SCTP(Stream Control Transmission Protocol)。
5. 会话层(Session Layer)
主要作用:建立、管理和终止会话(通信连接),进行会话控制和同步。
主要协议:NetBIOS、RPC(Remote Procedure Call)、SSH(Secure Shell)。
6. 表示层(Presentation Layer)
主要作用:处理数据格式转换、加密、压缩等,确保数据在不同系统之间的正确解释。
主要协议:SSL/TLS(Secure Sockets Layer/Transport Layer Security)、MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)、ASCII、JPEG、MPEG。
7. 应用层(Application Layer)
主要作用:提供网络服务和应用程序之间的接口,直接与用户交互。
主要协议:HTTP(Hypertext Transfer Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)、DNS(Domain Name System)、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)。
85.TCP/IP四层网络通信结构
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是互联网的核心协议套件,它定义了数据如何在网络中传输和路由。TCP/IP模型是一个四层结构,与OSI模型的七层结构有所不同。以下是TCP/IP四层模型的详细介绍:
1. 网络接口层(Network Interface Layer)
主要作用:负责将数据帧发送到物理网络或从物理网络接收数据帧。这一层对应OSI模型的物理层和数据链路层。
主要协议:Ethernet(IEEE 802.3)、Wi-Fi(IEEE 802.11)、PPP(Point-to-Point Protocol)、ARP(Address Resolution Protocol)。
2. 互联网层(Internet Layer)
主要作用:负责数据包的路由和转发,实现端到端的传输,处理逻辑地址(如IP地址)。这一层对应OSI模型的网络层。
主要协议:IP(Internet Protocol,包括IPv4和IPv6)、ICMP(Internet Control Message Protocol)、IGMP(Internet Group Management Protocol)、OSPF(Open Shortest Path First)、BGP(Border Gateway Protocol)。
3. 传输层(Transport Layer)
主要作用:提供端到端的可靠数据传输服务,进行流量控制和错误恢复。这一层对应OSI模型的传输层。
主要协议:TCP(Transmission Control Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)、SCTP(Stream Control Transmission Protocol)。
4. 应用层(Application Layer)
主要作用:提供网络服务和应用程序之间的接口,直接与用户交互。这一层对应OSI模型的会话层、表示层和应用层。
主要协议:HTTP(Hypertext Transfer Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)、DNS(Domain Name System)、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)、SNMP(Simple Network Management Protocol)、SSH(Secure Shell)、SSL/TLS(Secure Sockets Layer/Transport Layer Security)
86.io模型有哪几种
I/O(输入/输出)模型是指计算机系统中用于处理输入和输出操作的机制。不同的I/O模型在处理数据传输和同步方式上有所不同。以下是几种常见的I/O模型:
1. 阻塞I/O(Blocking I/O)
原理:当进程调用I/O操作时,如果数据未准备好,进程会被阻塞,直到数据准备好并完成I/O操作后才继续执行。
优点:简单易用,适合简单的应用场景。
缺点:效率低,不适合高并发场景。
2. 非阻塞I/O(Non-blocking I/O)
原理:当进程调用I/O操作时,如果数据未准备好,进程不会被阻塞,而是立即返回一个错误码。进程需要不断轮询检查数据是否准备好。
优点:避免了进程被长时间阻塞,提高了并发处理能力。
缺点:需要频繁轮询,浪费CPU资源。
3. I/O多路复用(I/O Multiplexing)
原理:使用select、poll、epoll等系统调用,进程可以同时监听多个I/O事件。当某个I/O事件就绪时,进程会被通知并进行处理。
优点:高效处理多个I/O事件,适合高并发场景。
缺点:编程复杂度较高。
4. 信号驱动I/O(Signal-driven I/O)
原理:进程注册一个信号处理函数,当I/O事件就绪时,内核发送一个信号通知进程。进程在信号处理函数中进行I/O操作。
优点:避免了轮询,提高了效率。
缺点:信号处理函数的执行时间较短,不适合复杂操作。
5. 异步I/O(Asynchronous I/O)
原理:进程发起I/O操作后,立即返回,不等待I/O操作完成。I/O操作完成后,内核通知进程。
优点:真正实现了异步处理,提高了并发性能。
缺点:编程复杂度高,操作系统支持有限。
87.如何实现并发服务器,并发服务器的实现方式以及有什么异同
并发服务器是指能够同时处理多个客户端请求的服务器。实现并发服务器的方式有多种,主要包括多进程、多线程、I/O多路复用和异步I/O等。以下是这些实现方式的详细介绍及其异同点:
1. 多进程(Multi-process)
实现方式:服务器主进程接受客户端连接,并为每个连接创建一个子进程来处理请求。
优点:进程之间相互独立,稳定性高,适合处理计算密集型任务。
缺点:进程创建和销毁开销大,资源消耗多,不适合高并发场景。
2. 多线程(Multi-thread)
实现方式:服务器主线程接受客户端连接,并为每个连接创建一个子线程来处理请求。
优点:线程创建和销毁开销小,资源消耗少,适合处理I/O密集型任务。
缺点:线程之间共享内存,需要考虑同步和互斥问题,容易引发竞态条件。
3. I/O多路复用(I/O Multiplexing)
实现方式:使用select、poll、epoll等系统调用,服务器可以同时监听多个I/O事件。当某个I/O事件就绪时,服务器进行处理。
优点:单线程或单进程即可处理多个连接,资源消耗少,适合高并发场景。
缺点:编程复杂度较高,需要处理事件驱动的逻辑。
4. 异步I/O(Asynchronous I/O)
实现方式:服务器发起I/O操作后,立即返回,不等待I/O操作完成。I/O操作完成后,内核通知服务器进行处理。
优点:真正实现了异步处理,提高了并发性能,适合高并发场景。
缺点:编程复杂度高,操作系统支持有限。
异同点
资源消耗:多进程消耗资源最多,多线程次之,I/O多路复用和异步I/O消耗资源最少。
编程复杂度:多进程和多线程相对简单,I/O多路复用和异步I/O编程复杂度较高。
并发处理能力:I/O多路复用和异步I/O的并发处理能力最强,多进程和多线程次之。
适用场景:多进程适合计算密集型任务,多线程适合I/O密集型任务,I/O多路复用和异步I/O适合高并发场景。
88.网络超时检测的本质和实现方式
网络超时检测的本质是在网络通信中设置一个合理的时间阈值,如果在该时间内没有收到预期的响应或完成预期的操作,则认为发生了超时事件。超时检测的目的是确保网络通信的可靠性和效率,避免因长时间等待响应而导致的资源浪费和性能下降。
实现方式
网络超时检测可以通过多种方式实现,以下是几种常见的实现方式:
1. 定时器(Timer)
原理:在发起网络请求时启动一个定时器,如果在定时器到期前没有收到响应,则认为发生了超时。
实现:可以使用操作系统的定时器机制(如alarm、setitimer)或编程语言提供的定时器功能(如setTimeout、Timer)。
2. 超时参数(Timeout Parameter)
原理:在网络协议或API调用中设置超时参数,指定等待响应的最大时间。如果在该时间内没有收到响应,则认为发生了超时。
实现:例如,在HTTP请求中设置timeout参数,或在数据库连接中设置connectTimeout和readTimeout。
3. 心跳检测(Heartbeat Detection)
原理:在长连接或持续通信中,定期发送心跳包(Heartbeat Packet),如果在一定时间内没有收到对方的心跳响应,则认为连接超时。
实现:例如,在WebSocket连接中定期发送PING帧,或在TCP连接中定期发送心跳包。
4. 重传机制(Retransmission Mechanism)
原理:在网络协议中设置重传机制,如果在一定时间内没有收到确认(ACK),则重新发送数据包。通过重传次数和重传间隔来间接实现超时检测。
实现:例如,在TCP协议中,如果发送的数据包在一定时间内没有收到ACK,则会触发重传。
89.udp本地通信需要注意哪些方面
UDP(User Datagram Protocol)是一种无连接的、不可靠的传输层协议,
适用于对传输速度要求高、对数据可靠性要求相对较低的应用场景。
在使用UDP进行本地通信时,需要注意以下几个方面:
1. 端口选择
选择未被占用的端口:确保选择的本地端口未被其他应用程序占用,避免端口冲突。
使用知名端口:对于特定应用,可以使用知名的端口号(如DNS使用53端口),但需要注意权限问题(知名端口通常需要管理员权限)。
2. 数据包大小
避免IP分片:UDP数据包的大小应小于网络的最大传输单元(MTU),避免IP分片。通常建议UDP数据包大小不超过1472字节(以太网MTU为1500字节,减去20字节的IP头和8字节的UDP头)。
考虑应用需求:根据应用需求合理设置数据包大小,避免过大或过小的数据包影响传输效率。
3. 错误检测
校验和:UDP头部包含16位的校验和字段,用于检测数据包在传输过程中是否发生错误。虽然UDP校验和是可选的,但建议启用以提高数据可靠性。
应用层校验:在应用层进行额外的错误检测和纠正,如使用CRC(循环冗余校验)等。
4. 流量控制和拥塞控制
应用层实现:UDP不提供内置的流量控制和拥塞控制机制,需要在应用层实现相应的控制策略,避免网络拥塞和数据丢失。
5. 安全性
数据加密:对于敏感数据,建议在应用层进行加密,确保数据在传输过程中的安全性。
访问控制:限制UDP通信的源地址和端口,避免未授权访问。
6. 超时重传
应用层实现:UDP不提供超时重传机制,需要在应用层实现超时检测和重传策略,确保数据的可靠传输。
90.怎么修改文件描述符的标志位
文件描述符的标志位(File Descriptor Flags)用于控制文件描述符的行为。在Unix和类Unix系统中,可以使用fcntl系统调用来修改文件描述符的标志位。fcntl函数提供了丰富的控制功能,包括设置文件描述符的标志位。
修改文件描述符标志位的步骤
打开文件:使用open系统调用打开文件,获取文件描述符。
获取当前标志位:使用fcntl函数获取文件描述符的当前标志位。
修改标志位:根据需要修改标志位。
设置新的标志位:使用fcntl函数设置新的标志位。
常用的文件描述符标志位
O_APPEND:追加模式,每次写操作前将文件指针移动到文件末尾。
O_NONBLOCK:非阻塞模式,读写操作不会阻塞。
O_ASYNC:异步I/O,当文件描述符可读或可写时,发送信号通知进程。
91.TCP和UDP的区别
TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)是互联网协议族中的两个重要传输层协议,
它们在数据传输方式、可靠性、连接状态等方面有显著的区别。以下是TCP和UDP的主要区别:
1. 连接状态
TCP:面向连接的协议,传输数据前需要建立连接(三次握手),传输完成后需要释放连接(四次挥手)。
UDP:无连接的协议,传输数据前不需要建立连接,每个数据包都是独立的。
2. 可靠性
TCP:提供可靠的数据传输服务,确保数据按顺序、无丢失、无重复地到达目的地。通过确认机制、重传机制、流量控制和拥塞控制等机制实现可靠性。
UDP:提供不可靠的数据传输服务,不保证数据包的顺序、不重传丢失的数据包、不进行流量控制和拥塞控制。
3. 传输效率
TCP:由于需要建立连接、维护连接状态、进行复杂的错误检测和恢复机制,传输效率相对较低。
UDP:由于没有连接建立和维护的开销,传输效率较高,适合对实时性要求高的应用。
4. 数据包大小
TCP:没有数据包大小的限制,数据以字节流的形式传输。
UDP:每个数据包(数据报)有大小限制,通常不超过65507字节(以太网MTU为1500字节,减去20字节的IP头和8字节的UDP头)。
5. 头部开销
TCP:头部开销较大,通常为20字节,加上可选字段最多可达60字节。
UDP:头部开销较小,固定为8字节。
6. 适用场景
TCP:适用于对数据可靠性要求高的应用,如文件传输、电子邮件、网页浏览等。
UDP:适用于对实时性要求高、对数据可靠性要求相对较低的应用,如视频流、在线游戏、VoIP(Voice over IP)等。
92.TCP的三次握手和四次挥手分别作用,主要做什么
TCP(Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的传输层协议。为了确保数据传输的可靠性和连接的建立与释放,TCP使用了三次握手(Three-way Handshake)和四次挥手(Four-way Handshake)机制。
三次握手(Three-way Handshake)
三次握手用于在客户端和服务器之间建立连接。其主要作用是确保双方都准备好进行数据传输,并且同步初始序列号(ISN)。
具体步骤
SYN(Synchronize Sequence Number):客户端向服务器发送一个SYN包,请求建立连接,并包含一个初始序列号(ISN)。
SYN-ACK(Synchronize-Acknowledge):服务器收到SYN包后,向客户端发送一个SYN-ACK包,确认收到客户端的请求,并包含服务器自己的初始序列号(ISN)。
ACK(Acknowledge):客户端收到SYN-ACK包后,向服务器发送一个ACK包,确认收到服务器的响应,并进入连接建立状态。
主要作用
同步序列号:双方通过交换初始序列号,确保数据传输的顺序和可靠性。
确认双方准备就绪:通过三次握手,双方确认对方已经准备好进行数据传输。
四次挥手(Four-way Handshake)
四次挥手用于在客户端和服务器之间释放连接。其主要作用是确保双方都完成数据传输,并安全地关闭连接。
具体步骤
FIN(Finish):主动关闭方(通常是客户端)向被动关闭方(通常是服务器)发送一个FIN包,请求关闭连接。
ACK(Acknowledge):被动关闭方收到FIN包后,向主动关闭方发送一个ACK包,确认收到关闭请求,并进入半关闭状态(被动关闭方仍然可以发送数据)。
FIN(Finish):被动关闭方完成数据传输后,向主动关闭方发送一个FIN包,请求关闭连接。
ACK(Acknowledge):主动关闭方收到FIN包后,向被动关闭方发送一个ACK包,确认收到关闭请求,并进入TIME_WAIT状态。经过一段时间后,连接完全关闭。
主要作用
确保数据传输完成:通过四次挥手,双方确认对方已经完成数据传输。
安全关闭连接:确保双方都同意关闭连接,避免数据丢失或重复传输。
三次握手
Client Server
| |
|---- SYN(ISN) ---->|
| |
|<--- SYN-ACK(ISN+1) |
| |
|---- ACK(ISN+1) --->|
| |
四次挥手
Client Server
| |
|---- FIN --------->|
| |
|<--- ACK |
| |
| |
|<--- FIN |
| |
|---- ACK --------->|
| |
93.new、delete、malloc、free关系
new、delete、malloc和free是C++和C语言中用于动态内存管理的函数和操作符。它们之间的关系和区别如下:
malloc 和 free
malloc:是C语言中的一个标准库函数,用于在堆上分配指定字节数的内存,并返回指向该内存块的指针。malloc不会初始化内存,返回的指针类型为void*,需要显式转换为合适的类型。
free:是C语言中的一个标准库函数,用于释放由malloc、calloc或realloc分配的内存。释放后,内存块可以被系统重新分配。
new 和 delete
new:是C++中的一个操作符,用于在堆上分配内存,并调用对象的构造函数进行初始化。new返回指向分配内存的指针,类型为对象类型。
delete:是C++中的一个操作符,用于释放由new分配的内存,并调用对象的析构函数进行清理。delete确保对象的析构函数被正确调用,避免内存泄漏和资源泄漏。
关系和区别
内存分配和初始化:
malloc只分配内存,不进行初始化。
new不仅分配内存,还调用对象的构造函数进行初始化
内存释放和清理:
free只释放内存,不进行任何清理。
delete不仅释放内存,还调用对象的析构函数进行清理。
类型安全:
malloc返回void*指针,需要显式转换为合适的类型,不进行类型检查。
new返回特定类型的指针,进行类型检查,确保类型安全。
错误处理:
malloc在内存分配失败时返回NULL。
new在内存分配失败时抛出std::bad_alloc异常。
使用场景:
malloc和free主要用于C语言和需要与C语言兼容的C++代码。
new和delete主要用于C++代码,提供更高级的内存管理功能,包括构造函数和析构函数的调用。
94.delete与delete[]区别
在C++中,delete和delete[]是用于释放动态分配内存的操作符,但它们有不同的用途和行为。以下是它们的区别:
delete
用途:用于释放由new操作符分配的单个对象的内存。
行为:调用单个对象的析构函数,并释放该对象占用的内存。
delete[]
用途:用于释放由new[]操作符分配的数组内存。
行为:调用数组中每个对象的析构函数,并释放整个数组占用的内存。
区别
析构函数调用:
delete只调用单个对象的析构函数。
delete[]调用数组中每个对象的析构函数。
内存释放:
delete只释放单个对象占用的内存。
delete[]释放整个数组占用的内存。
95.C++有哪些性质(面向对象特点)
C++是一种多范式编程语言,支持面向对象编程(OOP)、泛型编程和过程式编程。C++的面向对象特点主要包括以下几个方面:
1. 封装(Encapsulation)
定义:将数据(属性)和操作数据的方法(行为)绑定在一起,形成一个类(Class),并通过访问控制符(如public、private、protected)隐藏内部实现细节,只暴露必要的接口。
优点:提高代码的可维护性和可重用性,减少外部对内部数据的直接访问,增强安全性。
2. 继承(Inheritance)
定义:允许一个类(派生类)继承另一个类(基类)的属性和方法,从而实现代码的复用和扩展。
优点:减少代码冗余,提高代码的可扩展性和可维护性。
类型:单继承、多继承(C++支持,但需谨慎使用)、多层继承。
3. 多态(Polymorphism)
定义:同一操作作用于不同的对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果。多态性分为编译时多态(静态多态,如函数重载和运算符重载)和运行时多态(动态多态,如虚函数)。
优点:提高代码的灵活性和可扩展性,使代码更易于维护和扩展。
实现:通过虚函数(Virtual Function)和抽象类(Abstract Class)实现运行时多态。
4. 抽象(Abstraction)
定义:将复杂的事物简单化,隐藏不必要的细节,只关注关键的属性和行为。抽象可以通过类和接口(纯虚函数)来实现。
优点:提高代码的可读性和可维护性,使设计更加清晰和模块化。
5. 构造函数和析构函数
构造函数:用于初始化对象,在对象创建时自动调用。
析构函数:用于清理对象,在对象销毁时自动调用。
6. 友元(Friend)
定义:允许特定的函数或类访问另一个类的私有成员。
优点:在某些情况下,提供了一种灵活的访问控制机制。
7. 运算符重载(Operator Overloading)
定义:允许用户定义的类型(如类)重新定义或重载运算符的行为。
优点:使自定义类型的操作更加直观和符合习惯。
96.子类析构时要调用父类的析构函数吗?
在C++中,子类的析构函数在执行时会自动调用父类的析构函数。
这是C++语言的特性,确保在子类对象销毁时,父类的资源也能被正确释放。
析构函数的调用顺序
1.子类析构函数:首先调用子类的析构函数,清理子类特有的资源。
2.父类析构函数:然后自动调用父类的析构函数,清理父类的资源。
97.多态,虚函数,纯虚函数
多态(Polymorphism)、虚函数(Virtual Function)和纯虚函数(Pure Virtual Function)是C++中面向对象编程的三个重要概念,它们共同支持运行时多态性,使得代码更加灵活和可扩展。
多态(Polymorphism)
定义:多态是指同一操作作用于不同的对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果。多态性分为编译时多态(静态多态)和运行时多态(动态多态)。
静态多态:通过函数重载(Function Overloading)和运算符重载(Operator Overloading)实现,在编译时确定。
动态多态:通过虚函数(Virtual Function)实现,在运行时确定。
虚函数(Virtual Function)
定义:虚函数是在基类中使用virtual关键字声明的函数,允许在派生类中重写(Override)。通过基类指针或引用调用虚函数时,实际调用的是派生类中的重写版本,从而实现运行时多态。
特点:
虚函数在基类中声明,可以在派生类中重写。
通过基类指针或引用调用虚函数时,实际调用的是派生类中的版本。
虚函数在基类中必须有定义,即使派生类不重写它。
纯虚函数(Pure Virtual Function)
定义:纯虚函数是在基类中声明的虚函数,但没有实现,通过在函数声明后加上= 0来表示。包含纯虚函数的类称为抽象类(Abstract Class),不能直接实例化,只能用作基类。
特点:
纯虚函数在基类中没有实现,必须在派生类中重写。
包含纯虚函数的类是抽象类,不能直接实例化。
纯虚函数提供了一个接口规范,强制派生类实现该函数。
98.什么是“引用”?申明和使用“引用”要注意哪些问题?
引用(Reference)是C++中的一种别名机制,用于提供对现有变量的直接访问。
引用在声明时必须初始化,且一旦初始化后不能重新绑定到其他变量。
使用引用时需要注意以下几点:
初始化:引用必须在声明时初始化。
不能为空:引用不能为空,必须始终指向有效的对象或函数。
不能重新绑定:引用一旦初始化后,不能指向其他变量。
常量引用:常量引用可以绑定到临时对象或常量,但不能通过常量引用修改原始对象的值。
函数参数和返回值:引用常用作函数参数和返回值,以避免拷贝开销,并提供更好的接口。
99.将“引用”作为函数参数有哪些特点?
1. 避免拷贝开销
特点:引用作为函数参数时,不会创建参数的副本,而是直接操作原始对象。这对于大型对象或复杂结构尤其重要,因为拷贝这些对象可能会带来显著的性能开销。
2. 提供更好的接口
特点:引用参数使得函数调用更加直观,调用者可以清晰地看到参数可能会被修改。这增强了代码的可读性和可维护性,因为调用者可以立即知道哪些参数可能会在函数内部被改变。
3. 支持修改原始对象
特点:通过引用参数,函数可以直接修改调用者传入的原始对象,而不需要返回值。这使得函数能够以更自然的方式影响调用者的状态,而不需要复杂的返回值处理。
4. 常量引用用于保护原始对象
特点:使用常量引用(const &)可以避免修改原始对象,同时避免拷贝开销。这对于只需要读取而不需要修改参数的函数特别有用,因为它既保证了参数的安全性,又提高了性能。
5. 支持多态
特点:通过基类引用,可以实现运行时多态,调用派生类的重写方法。这使得函数能够处理不同类型的对象,只要这些对象继承自同一个基类并且重写了相关的方法。
100.在什么时候需要使用“常引用”?
1. 避免拷贝开销
场景:当函数需要传递大型对象或复杂结构时,为了避免拷贝开销,可以使用常引用。
原因:常引用不会创建参数的副本,直接操作原始对象,从而提高性能。
2. 保护原始对象不被修改
场景:当函数只需要读取参数的值而不需要修改它时,使用常引用可以防止意外修改。
原因:常引用确保函数内部不能修改参数,增强了代码的安全性和可维护性。
3. 传递临时对象
场景:当函数需要接受临时对象(如字面量或表达式结果)作为参数时,常引用是唯一的选择。
原因:临时对象不能绑定到非常量引用,但可以绑定到常量引用。
4. 支持多态
场景:当函数需要通过基类引用实现运行时多态时,常引用可以确保基类对象不被修改。
原因:常引用结合虚函数可以实现安全的运行时多态,同时保护基类对象不被修改。
101.将“引用”作为函数返回值类型的格式、好处和需要遵守的规则?
返回类型 & 函数名(参数列表) {
// 函数体
}
性能提升:返回引用可以避免不必要的拷贝操作,特别是在返回大型对象时,可以显著提高性能。
修改原始数据:通过返回引用,可以直接修改调用函数中的原始数据,这在需要修改函数外部变量时非常有用。
链式调用:返回引用可以支持链式调用,使得代码更加简洁和易读。
需要遵守的规则
避免返回局部变量的引用:局部变量在函数返回后会被销毁,因此返回局部变量的引用会导致未定义行为。
返回动态分配内存的引用:如果必须返回动态分配内存的引用,需要确保调用者负责释放内存,以避免内存泄漏。
返回常量引用:如果不需要修改返回值,可以返回常量引用,以提高安全性。
102.结构体与联合体有什么区别?
主要区别
内存使用:结构体中的每个成员都有自己的内存空间,而联合体中的所有成员共享同一块内存空间。
大小:结构体的大小是其所有成员大小的总和,而联合体的大小是其最大成员的大小。
访问限制:在任何时刻,结构体可以访问和修改其所有成员,而联合体只能访问和修改其中一个成员。
用途:结构体用于表示具有多个属性的实体,而联合体用于节省内存或在不同类型之间切换。
103.重载(overload)和重写(overried)的区别?
主要区别
定义位置:重载在同一个类中定义,而重写在子类中定义。
参数列表:重载方法的参数列表必须不同,而重写方法的参数列表必须相同。
返回类型:重载方法的返回类型可以不同,而重写方法的返回类型必须相同。
目的:重载用于提供多个具有相同功能但处理不同参数的方法,而重写用于在子类中覆盖父类的行为。
104.有哪几种情况只能用intializationlist而不能用 assignment?
初始化列表在以下情况下是必需的:
常量成员变量
引用成员变量
没有默认构造函数的对象成员
基类构造函数
此外,使用初始化列表还可以提高性能,特别是在处理复杂对象时。
----
常量成员变量必须在构造函数中初始化,且不能在构造函数体内赋值。
引用成员变量也必须在构造函数中初始化,且不能在构造函数体内赋值。
如果类包含一个没有默认构造函数的对象成员,必须在初始化列表中提供必要的参数来初始化该成员。
如果基类没有默认构造函数或需要特定参数的构造函数,必须在初始化列表中调用基类的构造函数。
对于某些类型(如std::vector、std::string等),使用初始化列表可以避免不必要的默认构造和赋值操作,从而提高性能。
105.main函数执行以前,还会执行什么代码
1 静态对象的构造函数
在程序启动时,所有全局和静态对象的构造函数会在main函数执行之前被调用。
这些对象包括全局变量、命名空间作用域的静态变量以及类中的静态成员变量。
2. 动态初始化
对于需要动态初始化的静态变量,其初始化代码也会在main函数之前执行。
动态初始化是指在编译时无法确定的初始化值,需要在运行时计算。
3. C++运行时库的初始化
C++运行时库(Runtime Library)会在main函数执行之前进行初始化,
包括内存分配器的初始化、异常处理机制的设置等。
4. 语言链接和符号解析
在main函数执行之前,链接器会解析所有的符号引用,确保所有外部函数和变量都能正确链接。
5. 预处理指令和编译器生成的代码
编译器可能会生成一些额外的代码,用于处理预处理指令、
内联函数展开等,这些代码也会在main函数之前执行。
106.栈内存与文字常量区
主要区别
管理方式:栈内存由编译器自动管理,而文字常量区的内存由编译器和操作系统共同管理。
生命周期:栈内存的生命周期在其作用域结束时自动释放,而文字常量区的内存通常在程序整个运行期间都存在。
可修改性:栈内存中的数据可以修改,而文字常量区中的数据是只读的,不可修改。
用途:栈内存用于存储局部变量和函数调用信息,而文字常量区用于存储常量字符串和常量数据。
栈内存(Stack Memory)
定义:栈内存是一种后进先出(LIFO)的数据结构,用于存储局部变量、函数参数、返回地址等。
管理方式:栈内存由编译器自动管理,无需手动分配和释放。
生命周期:栈上分配的内存在其作用域结束时自动释放。
特点:
分配和释放速度快。
空间有限,通常由系统预设大小。
适用于存储生命周期较短的数据。
文字常量区(Literal Constant Area)
定义:文字常量区用于存储程序中的常量字符串和常量数据。
管理方式:文字常量区的内存由编译器和操作系统共同管理,通常在程序运行期间保持不变。
生命周期:文字常量区的内存通常在程序整个运行期间都存在,直到程序结束。
特点:
内容不可修改,是只读的。
存储空间相对固定,不会动态变化。
适用于存储程序中不变的数据。
107.int id[sizeof(unsigned long)];这个对吗?为什么?
sizeof运算符:sizeof是一个编译时运算符,用于获取类型或对象的大小(以字节为单位)。sizeof(unsigned long)返回的是unsigned long类型的大小。
数组声明:int id[sizeof(unsigned long)]; 声明了一个数组id,其大小为sizeof(unsigned long)返回的值。
在C++中,数组的大小可以是编译时常量表达式,而sizeof(unsigned long)正是一个编译时常量表达式,因此这种写法是合法的。
平台依赖性:unsigned long的大小是平台相关的,可能在不同的系统上有所不同。例如,在32位系统上通常是4字节,而在64位系统上通常是8字节。
数组大小:由于数组大小是基于unsigned long的大小,因此在不同的平台上,数组id的大小会有所不同。
109.基类的析构函数不是虚函数,会带来什么问题?
资源泄漏:如果一个派生类对象通过基类指针被删除,而基类的析构函数不是虚函数,那么派生类的析构函数将不会被调用。这可能导致派生类中分配的资源(如内存、文件句柄等)无法被正确释放,从而导致资源泄漏。
对象切片:当一个派生类对象被赋值给基类对象时,只有基类的部分会被复制,派生类的部分会被“切掉”,这种现象称为对象切片。如果基类的析构函数不是虚函数,那么在删除基类对象时,派生类的析构函数不会被调用,这可能导致派生类部分的资源无法被正确释放。
不一致的状态:如果派生类在析构函数中执行了一些清理操作(如释放资源、关闭文件等),而这些操作没有被执行,可能会导致对象处于不一致的状态,进而影响程序的正确性和稳定性。
110.全局变量和局部变量有什么区别?是怎么实现的?操作系统和编译器是怎么知道的?
1. 生存期
全局变量:全局变量的生存期从程序开始运行时开始,直到程序结束。它们在程序的整个运行期间都存在。
局部变量:局部变量的生存期从它们被声明时开始,直到它们所在的代码块(通常是函数或代码块)结束。一旦代码块执行完毕,局部变量就会被销毁。
2. 作用域
全局变量:全局变量的作用域是整个程序,可以在程序的任何地方访问。
局部变量:局部变量的作用域仅限于它们被声明的代码块内部,超出这个范围就无法访问。
3. 存储位置
全局变量:全局变量通常存储在程序的静态存储区,这部分内存是在程序启动时分配的,并且在程序结束时释放。
局部变量:局部变量通常存储在栈上,栈是一种动态内存区域,用于存储函数调用时的局部变量和函数调用帧。
实现原理
编译器:编译器在编译代码时会根据变量的声明位置和作用域规则来决定变量的存储位置和访问方式。全局变量会被标记为静态存储,而局部变量会被标记为栈存储。
操作系统:操作系统在程序启动时会为程序分配内存,包括代码段、数据段(用于存储全局变量)和栈段(用于存储局部变量)。操作系统还负责管理这些内存区域,确保程序在运行时能够正确访问和操作这些变量。
111.数组越界访问和段错误
数组越界访问
定义:数组越界访问是指程序试图访问数组边界之外的内存位置。例如,如果一个数组的大小为10,而程序试图访问第11个元素,这就是越界访问。
后果:数组越界访问可能会导致以下几种后果:
未定义行为:C++标准没有定义数组越界访问的行为,因此程序可能会表现出不可预测的行为,如数据损坏、程序崩溃等。
数据损坏:越界访问可能会覆盖其他变量的内存,导致数据损坏。
安全漏洞:在某些情况下,越界访问可能被利用来执行恶意代码,从而导致安全漏洞。
段错误(Segmentation Fault)
定义:段错误是一种特定的错误,通常发生在程序试图访问未被分配或无权访问的内存区域时。这通常是由于数组越界访问、使用未初始化的指针、访问已释放的内存等原因引起的。
后果:段错误通常会导致程序立即崩溃,并生成一个核心转储文件(core dump),以便进行调试。
常见原因:
数组越界访问:如上所述,访问数组边界之外的内存。
使用未初始化的指针:试图访问一个未初始化的指针指向的内存。
访问已释放的内存:在释放内存后继续访问该内存区域。
访问只读内存:试图写入只读内存区域。
如何避免
检查数组边界:在访问数组元素之前,确保索引在合法范围内。
使用智能指针:使用智能指针(如std::unique_ptr和std::shared_ptr)来自动管理内存,避免内存泄漏和非法访问。
使用调试工具:使用调试工具(如Valgrind)来检测内存访问错误。
编写安全的代码:遵循良好的编程实践,如避免使用裸指针、及时释放内存等。
113.对指针的认识
优点
直接访问内存:指针允许直接操作内存地址,提供了对内存的精细控制。
动态内存管理:通过指针,可以在运行时动态分配和释放内存,提高内存使用效率。
数据共享:指针可以用于在不同函数或对象之间共享数据,减少数据复制的开销。
复杂数据结构:指针是实现复杂数据结构(如链表、树、图等)的基础。
缺点
内存泄漏:如果动态分配的内存没有正确释放,会导致内存泄漏。
悬挂指针:如果指针指向的内存被释放后没有置空,会导致悬挂指针,引发未定义行为。
段错误:非法内存访问(如解引用空指针、越界访问等)会导致段错误,使程序崩溃。
调试困难:指针相关错误通常难以调试,需要仔细检查代码和使用调试工具。
114.sqlite和mysql的区别和使用
1. 设计理念
SQLite:SQLite是一个嵌入式关系型数据库管理系统,它的设计理念是轻量级、零配置、无需服务器。SQLite数据库是一个文件,可以直接嵌入到应用程序中,不需要单独的数据库服务器进程。
MySQL:MySQL是一个客户端/服务器模式的关系型数据库管理系统,需要一个独立的数据库服务器进程来管理数据库。MySQL的设计目标是高性能、高可靠性和易用性。
2. 使用场景
SQLite:适用于嵌入式系统、移动应用、桌面应用和小型网站。由于其轻量级和零配置的特点,SQLite非常适合不需要复杂数据库管理和扩展性的场景。
MySQL:适用于大型企业级应用、高并发网站和需要复杂数据库管理的场景。MySQL提供了丰富的功能和高性能,能够处理大规模的数据和高并发访问。
3. 性能特点
SQLite:由于SQLite是嵌入式的,它的性能受限于单个进程的资源。SQLite在处理小规模数据和低并发访问时表现良好,但在处理大规模数据和高并发访问时性能可能不如MySQL。
MySQL:MySQL通过独立的服务器进程和优化的存储引擎,能够处理大规模数据和高并发访问。MySQL提供了多种存储引擎(如InnoDB、MyISAM),可以根据不同的应用需求选择合适的存储引擎。
4. 功能和扩展性
SQLite:SQLite提供了基本的关系型数据库功能,如事务处理、SQL查询、索引等。但由于其设计理念的限制,SQLite在功能和扩展性方面相对有限。
MySQL:MySQL提供了丰富的功能,包括复杂查询、存储过程、触发器、视图、分布式事务等。MySQL还支持多种编程语言接口和扩展插件,具有很高的扩展性。
5. 部署和维护
SQLite:由于SQLite是嵌入式的,部署和维护非常简单。只需要将SQLite数据库文件嵌入到应用程序中,不需要单独的安装和配置过程。
MySQL:MySQL需要单独的服务器进程和配置文件,部署和维护相对复杂。需要安装数据库服务器、配置网络访问、管理用户权限等
115.zstack协议栈是什么
Z-Stack协议栈是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议栈,专门用于实现Zigbee无线网络。Zigbee是一种低功耗、低数据速率的无线通信技术,主要用于物联网(IoT)设备之间的短距离通信。Z-Stack由德州仪器(Texas Instruments, TI)开发,是一个完整的软件解决方案,包括了Zigbee协议的所有层,从物理层(PHY)到应用层(APL)。
Z-Stack的主要特点
低功耗:Zigbee技术设计用于低功耗设备,Z-Stack协议栈通过优化通信和睡眠模式,确保设备能够长时间运行。
自组织网络:Z-Stack支持自组织和自愈网络,设备可以自动形成网络并动态调整网络拓扑,以适应设备加入或离开网络的情况。
安全性:Z-Stack提供了多种安全机制,包括加密、认证和密钥管理,保护数据在传输过程中的安全。
灵活性:Z-Stack支持多种网络拓扑结构,如星型、树型和网状网络,可以根据应用需求选择合适的网络结构。
标准化:Z-Stack遵循Zigbee标准,确保与其他Zigbee设备的兼容性。
Z-Stack的层次结构
Z-Stack协议栈遵循OSI模型的分层结构,主要包括以下几个层次:
物理层(PHY):负责处理无线信号的传输和接收,定义了无线通信的频率、调制方式和传输功率等。
数据链路层(MAC):管理设备之间的无线通信,包括信道访问控制、帧同步和错误检测等。
网络层(NWK):负责网络的形成、路由和管理,支持多种网络拓扑结构。
应用层(APL):包括应用支持子层(APS)和Zigbee设备对象(ZDO),提供应用层服务和设备管理功能。
Z-Stack的应用
Z-Stack广泛应用于各种物联网设备,如智能家居、智能照明、工业自动化、智能能源管理等领域。通过Z-Stack协议栈,设备可以实现低功耗、可靠的无线通信,构建复杂的物联网网络。
116.zstact处理事件的机制
Z-Stack协议栈采用事件驱动机制来处理各种任务和事件。事件驱动机制是嵌入式系统中常用的一种编程模型,它允许系统在事件发生时执行相应的处理函数,从而提高系统的响应速度和效率。Z-Stack的事件处理机制主要包括以下几个方面:
1. 事件和任务
在Z-Stack中,系统被划分为多个任务(Task),每个任务负责处理特定的工作。任务之间通过事件(Event)进行通信和协调。事件是一种通知机制,用于告知任务某个特定的情况或操作已经发生。
2. 事件处理函数
每个任务都有一个事件处理函数(Event Handler),用于处理分配给该任务的事件。事件处理函数通常是一个循环,不断检查是否有新的事件需要处理,并根据事件类型执行相应的操作。
3. 事件队列
Z-Stack使用事件队列(Event Queue)来管理事件。事件队列是一个先进先出(FIFO)的数据结构,用于存储待处理的事件。当一个事件发生时,它会被添加到相应任务的事件队列中,等待任务处理。
4. 事件类型
Z-Stack定义了多种事件类型,包括系统事件、网络事件、应用事件等。每种事件类型对应一个特定的操作或状态变化。例如,系统事件可能包括任务初始化、定时器超时等,而应用事件可能包括数据接收、按键按下等。
5. 事件处理流程
Z-Stack的事件处理流程大致如下:
事件生成:当某个事件发生时,系统会生成一个事件,并将其添加到相应任务的事件队列中。
事件分发:操作系统抽象层(OSAL)负责将事件分发给相应的任务。
事件处理:任务的事件处理函数从事件队列中取出事件,并根据事件类型执行相应的处理操作。
事件清除:事件处理完成后,事件从事件队列中清除。
117.虚拟内存的区域有哪些,都是如何实现的
虚拟内存是操作系统中的一种内存管理技术,它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。虚拟内存通过将内存地址空间划分为多个区域(也称为段或页),并使用页面置换算法将不常用的数据换出到磁盘上,从而实现高效的内存管理。以下是虚拟内存中常见的区域及其实现方式:
1. 代码段(Text Segment)
功能:存储程序的可执行代码(机器指令)。
实现:代码段通常是只读的,以防止程序在运行时修改自身的代码。代码段在程序加载时从可执行文件中读取,并映射到进程的虚拟地址空间。
2. 数据段(Data Segment)
功能:存储程序的全局变量和静态变量。
实现:数据段分为初始化数据段(.data)和未初始化数据段(.bss)。初始化数据段存储已初始化的全局变量和静态变量,而未初始化数据段存储未初始化的全局变量和静态变量。数据段在程序加载时从可执行文件中读取,并映射到进程的虚拟地址空间。
3. 堆(Heap)
功能:动态分配内存,用于存储动态数据结构(如链表、树、图等)。
实现:堆是一个动态增长的区域,通过malloc、calloc、realloc等函数进行内存分配,通过free函数释放内存。堆的管理由内存分配器(如glibc的ptmalloc、jemalloc等)负责,它们使用空闲链表等数据结构来管理可用内存块。
4. 栈(Stack)
功能:存储函数调用栈帧、局部变量、函数参数等。
实现:栈是一个后进先出(LIFO)的数据结构,用于管理函数调用和返回。每个函数调用会在栈上创建一个栈帧,存储局部变量、函数参数、返回地址等信息。栈的增长和收缩由处理器自动管理,通过栈指针(SP)和帧指针(FP)进行操作。
5. 共享库(Shared Libraries)
功能:存储共享库(如动态链接库、共享对象等)的代码和数据。
实现:共享库在程序运行时动态加载,并映射到进程的虚拟地址空间。多个进程可以共享同一个共享库的代码段,从而节省内存。共享库的加载和卸载由动态链接器(如ld.so)负责。
6. 内存映射文件(Memory-Mapped Files)
功能:将文件内容映射到进程的虚拟地址空间,实现文件的内存访问。
实现:内存映射文件通过mmap系统调用实现,将文件的某个区域映射到进程的虚拟地址空间。进程可以直接通过内存访问文件内容,而不需要通过传统的文件I/O操作。内存映射文件可以用于实现高效的文件读写和进程间通信。
7. 匿名映射(Anonymous Mappings)
功能:提供一块没有对应文件的内存区域,用于存储临时数据。
实现:匿名映射通过mmap系统调用实现,不对应任何文件,通常用于实现堆和栈的扩展。匿名映射的内存区域在进程终止时自动释放。
8. 内核空间(Kernel Space)
功能:存储操作系统内核的代码和数据。
实现:内核空间是操作系统内核专用的地址空间,用户进程无法直接访问。内核空间的管理由操作系统负责,包括内存分配、进程管理、设备驱动等。
总结
虚拟内存通过将内存地址空间划分为多个区域,并使用页面置换算法将不常用的数据换出到磁盘上,从而实现高效的内存管理。常见的虚拟内存区域包括代码段、数据段、堆、栈、共享库、内存映射文件、匿名映射和内核空间。每个区域都有特定的功能和实现方式,共同构成了复杂的虚拟内存管理系统。
118.tcp报头的内容
TCP报头通常由20字节(160位)的固定部分和可选的选项部分组成。
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Port | Destination Port |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Sequence Number |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Acknowledgment Number |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Data | |U|A|P|R|S|F| |
| Offset| Reserved |R|C|S|S|Y|I| Window |
| | |G|K|H|T|N|N| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Checksum | Urgent Pointer |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| data |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
TCP报头字段详解
源端口(Source Port):16位,标识发送方的端口号。
目的端口(Destination Port):16位,标识接收方的端口号。
序列号(Sequence Number):32位,标识发送方发送的数据段的序列号。在SYN标志位为1时,序列号为初始序列号(ISN),否则为当前数据段的序列号。
确认号(Acknowledgment Number):32位,标识接收方期望接收的下一个数据段的序列号。只有在ACK标志位为1时,确认号才有效。
数据偏移(Data Offset):4位,标识TCP报头的长度(以32位字为单位),即TCP报头的大小。
保留(Reserved):6位,保留字段,必须设置为0。
标志位(Flags):6位,包含以下标志位:
URG(Urgent):紧急指针有效。
ACK(Acknowledgment):确认号有效。
PSH(Push):接收方应尽快将数据传递给应用层。
RST(Reset):重置连接。
SYN(Synchronize):同步序列号,用于建立连接。
FIN(Finish):发送方已完成数据发送,用于终止连接。
窗口(Window):16位,标识发送方接收窗口的大小,即发送方愿意接收的数据字节数。
校验和(Checksum):16位,用于检测TCP报头和数据的传输错误。
紧急指针(Urgent Pointer):16位,当URG标志位为1时,紧急指针指向紧急数据的结束位置。
选项(Options):可变长度,包含各种TCP选项,如最大段大小(MSS)、窗口缩放因子等。
填充(Padding):确保TCP报头的长度为32位的整数倍。
119.mac报头的内容
MAC报头通常由14字节(112位)的固定部分组成
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination MAC Address (6 bytes) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source MAC Address (6 bytes) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| EtherType (2 bytes) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
MAC报头字段详解
目的MAC地址(Destination MAC Address):6字节(48位),标识数据帧的接收方设备的物理地址。在单播(Unicast)情况下,目的MAC地址是接收方的唯一地址;在多播(Multicast)情况下,目的MAC地址是一个组地址;在广播(Broadcast)情况下,目的MAC地址是全F(FF:FF:FF:FF:FF:FF)。
源MAC地址(Source MAC Address):6字节(48位),标识数据帧的发送方设备的物理地址。源MAC地址是发送方的唯一地址。
EtherType(Ether Type):2字节(16位),标识数据帧中封装的上层协议类型。常见的EtherType值包括:
0x0800:IPv4
0x0806:ARP(Address Resolution Protocol)
0x86DD:IPv6
0x8100:VLAN(Virtual LAN)标签
120.ip报头的内容
P(Internet Protocol)报头是网络层(OSI模型的第三层)的一部分,用于在互联网中传输数据包。
IP报头包含了用于标识源和目的地址、控制数据包传输和检测传输错误的信息。以下是IPv4和IPv6报头的详细内容:
IPv4报头的结构
IPv4报头通常由20字节(160位)的固定部分和可选的选项部分组成。以下是IPv4报头的详细结构:
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live | Protocol | Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
IPv4报头字段详解
版本(Version):4位,标识IP协议的版本,对于IPv4,该字段值为4。
头部长度(IHL,Internet Header Length):4位,标识IPv4报头的长度(以32位字为单位),即IPv4报头的大小。
服务类型(Type of Service):8位,用于指定数据包的处理优先级和传输要求。
总长度(Total Length):16位,标识整个IP数据包的长度(包括报头和数据)。
标识(Identification):16位,用于标识数据包的分片和重组。
标志(Flags):3位,包含以下标志位:
DF(Don't Fragment):是否允许分片。
MF(More Fragments):是否还有更多分片。
分片偏移(Fragment Offset):13位,标识分片在原始数据包中的位置。
生存时间(Time to Live,TTL):8位,标识数据包在网络中可以经过的最大路由器数量。
协议(Protocol):8位,标识上层协议(如TCP、UDP、ICMP等)。
头部校验和(Header Checksum):16位,用于检测IPv4报头的传输错误。
源地址(Source Address):32位,标识数据包的发送方IP地址。
目的地址(Destination Address):32位,标识数据包的接收方IP地址。
选项(Options):可变长度,包含各种IP选项,如路由记录、时间戳等。
填充(Padding):确保IPv4报头的长度为32位的整数倍。
IPv6报头的结构
IPv6报头通常由40字节(320位)的固定部分组成。以下是IPv6报头的详细结构:
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| Traffic Class | Flow Label |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Payload Length | Next Header | Hop Limit |
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| |
+ +
| |
+ Source Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ +
| |
+ Destination Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
IPv6报头字段详解
版本(Version):4位,标识IP协议的版本,对于IPv6,该字段值为6。
流量类别(Traffic Class):8位,用于指定数据包的处理优先级和传输要求。
流标签(Flow Label):20位,用于标识需要特殊处理的流(如实时数据流)。
有效载荷长度(Payload Length):16位,标识IPv6数据包中有效载荷的长度(不包括扩展报头)。
下一报头(Next Header):8位,标识紧跟在IPv6报头之后的报头类型(如TCP、UDP、ICMPv6等)。
跳数限制(Hop Limit):8位,标识数据包在网络中可以经过的最大路由器数量,类似于IPv4的TTL。
源地址(Source Address):128位,标识数据包的发送方IP地址。
目的地址(Destination Address):128位,标识数据包的接收方IP地址。
121.TCP/IP协议栈的内容
TCP/IP协议栈是互联网通信的基础,它定义了数据如何在网络中传输和处理。TCP/IP协议栈分为四个层次,每个层次负责不同的功能。以下是TCP/IP协议栈的详细内容:
1. 应用层(Application Layer)
功能:应用层负责向用户提供网络服务和应用程序接口。它包括各种协议,用于支持文件传输、电子邮件、远程登录、域名解析等应用。
常见协议:
HTTP(HyperText Transfer Protocol):用于Web页面传输。
HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure):HTTP的安全版本,使用SSL/TLS加密。
FTP(File Transfer Protocol):用于文件传输。
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol):用于电子邮件传输。
POP3(Post Office Protocol version 3):用于接收电子邮件。
IMAP(Internet Message Access Protocol):用于接收和管理电子邮件。
DNS(Domain Name System):用于域名解析。
Telnet:用于远程登录。
SSH(Secure Shell):用于安全的远程登录。
2. 传输层(Transport Layer)
功能:传输层负责端到端的通信,确保数据可靠地从源设备传输到目的设备。它包括两个主要的协议:TCP和UDP。
常见协议:
TCP(Transmission Control Protocol):提供可靠的、面向连接的通信。TCP通过序列号、确认和重传机制确保数据的完整性和顺序。
UDP(User Datagram Protocol):提供无连接的、不可靠的通信。UDP不保证数据的可靠性和顺序,但具有较低的延迟和开销。
3. 网络层(Internet Layer)
功能:网络层负责数据包的路由和转发,使其能够在网络中从源设备传输到目的设备。它包括IP协议,用于定义数据包的格式和寻址方式。
常见协议:
IPv4(Internet Protocol version 4):使用32位地址,是目前最广泛使用的IP协议。
IPv6(Internet Protocol version 6):使用128位地址,用于解决IPv4地址耗尽的问题。
ICMP(Internet Control Message Protocol):用于网络设备之间的控制消息传输,如ping和traceroute。
ARP(Address Resolution Protocol):用于将IP地址解析为MAC地址。
RARP(Reverse Address Resolution Protocol):用于将MAC地址解析为IP地址。
4. 链路层(Link Layer)
功能:链路层负责在物理网络中传输数据帧。它包括各种协议,用于定义数据帧的格式、错误检测和物理寻址。
常见协议:
Ethernet:用于局域网(LAN)中的数据传输。
Wi-Fi(IEEE 802.11):用于无线局域网中的数据传输。
PPP(Point-to-Point Protocol):用于点对点连接中的数据传输。
SLIP(Serial Line Internet Protocol):用于串行线路中的数据传输。
122.怎么解决tcp通信的沾包问题
TCP通信中的沾包问题(也称为粘包问题)是指在数据传输过程中,多个数据包被合并成一个数据包发送,或者一个数据包被拆分成多个数据包发送,导致接收方无法正确解析数据包边界。沾包问题通常发生在以下几种情况:
发送方发送的数据包较小,TCP协议为了提高传输效率,将多个小数据包合并成一个大数据包发送。
接收方接收缓冲区已满,TCP协议将多个数据包合并成一个大数据包发送。
网络延迟或拥塞导致数据包传输顺序发生变化。
为了解决TCP通信中的沾包问题,可以采用以下几种方法:
1. 消息定界
在发送数据时,在数据包中添加定界符或长度信息,接收方根据定界符或长度信息解析数据包边界。
2. 消息确认机制
发送方在发送数据包后等待接收方的确认,接收方在接收到完整的数据包后发送确认消息。发送方只有在收到确认消息后才继续发送下一个数据包。
3. 使用应用层协议
在应用层设计专门的协议来处理数据包的封装和解析,如HTTP、FTP等协议。
这些协议通常包含消息头和消息体,消息头中包含消息长度、类型等信息,接收方根据消息头解析数据包边界。
4. 使用成熟的通信库
使用成熟的通信库(如ZeroMQ、gRPC等),这些库通常已经解决了沾包问题,提供了可靠的消息传输机制。
123.知道那些查找排序算法
查找算法
线性查找(Linear Search)
时间复杂度:O(n)
描述:从头到尾逐个检查元素,直到找到目标元素或遍历完所有元素。
二分查找(Binary Search)
时间复杂度:O(log n)
描述:在有序数组中,通过不断缩小查找范围(一半一半地缩小)来找到目标元素。
哈希查找(Hashing)
时间复杂度:平均O(1),最坏O(n)
描述:通过哈希函数将关键字映射到数组中的位置,快速查找目标元素。
二叉搜索树查找(Binary Search Tree Search)
时间复杂度:平均O(log n),最坏O(n)
描述:在二叉搜索树中,通过比较节点值来决定向左子树还是右子树查找。
平衡二叉树查找(如AVL树、红黑树)
时间复杂度:O(log n)
描述:在平衡二叉树中,通过保持树的平衡性来保证查找效率。
排序算法
冒泡排序(Bubble Sort)
时间复杂度:O(n^2)
描述:通过不断交换相邻元素,将最大(或最小)的元素逐渐“冒泡”到数组的一端。
选择排序(Selection Sort)
时间复杂度:O(n^2)
描述:每次选择未排序部分中的最小(或最大)元素,放到已排序部分的末尾。
插入排序(Insertion Sort)
时间复杂度:O(n^2)
描述:将未排序部分的元素逐个插入到已排序部分的正确位置。
快速排序(Quick Sort)
时间复杂度:平均O(n log n),最坏O(n^2)
描述:选择一个基准元素,将数组分为两部分,一部分小于基准,一部分大于基准,递归地对两部分进行排序。
归并排序(Merge Sort)
时间复杂度:O(n log n)
描述:将数组递归地分成两半,分别排序后再合并。
堆排序(Heap Sort)
时间复杂度:O(n log n)
描述:利用堆这种数据结构进行排序,构建最大堆(或最小堆),逐步取出堆顶元素。
希尔排序(Shell Sort)
时间复杂度:取决于增量序列,最坏O(n^2)
描述:通过使用不同的增量序列,将数组分成多个子序列进行插入排序,逐步缩小增量。
计数排序(Counting Sort)
时间复杂度:O(n + k),k是数据范围
描述:适用于数据范围较小的整数排序,通过统计每个元素出现的次数来进行排序。
基数排序(Radix Sort)
时间复杂度:O(d * (n + k)),d是最大数的位数,k是基数
描述:从最低位到最高位,依次对每一位进行排序。
桶排序(Bucket Sort)
时间复杂度:O(n + k),k是桶的数量
描述:将数据分配到不同的桶中,对每个桶中的数据进行排序,然后合并。
124.二分法查找
二分查找(Binary Search)是一种高效的查找算法,适用于在有序数组中查找特定元素。它的基本思想是通过不断缩小查找范围(一半一半地缩小)来快速定位目标元素。二分查找的时间复杂度为O(log n),比线性查找的O(n)要快得多。
二分查找的基本步骤
初始化:设定查找范围的左右边界,通常初始时左边界为0,右边界为数组长度减1。
计算中间位置:计算当前查找范围的中间位置。
比较中间元素:将中间位置的元素与目标元素进行比较。
如果中间元素等于目标元素,查找成功,返回中间位置。
如果中间元素大于目标元素,说明目标元素在左半部分,更新右边界为中间位置减1。
如果中间元素小于目标元素,说明目标元素在右半部分,更新左边界为中间位置加1。
重复步骤2和3:直到左边界超过右边界,表示查找范围为空,查找失败。
125.信号和槽
信号和槽(Signals and Slots)是Qt框架中用于对象间通信的一种机制。它是一种高级的回调机制,用于在对象之间传递消息和事件。信号和槽机制使得对象之间的耦合度降低,提高了代码的可维护性和可扩展性。
信号(Signal)
信号是一种特殊的成员函数,当某个特定事件发生时,信号会被发射(emit)。信号可以有参数,用于传递事件相关的数据。信号本身并不执行任何操作,它只是通知连接的槽函数执行相应的操作。
槽(Slot)
槽是一种普通的成员函数,可以被连接到信号上。当信号被发射时,连接到该信号的槽函数会被自动调用。槽函数可以有参数,参数类型和数量必须与连接的信号匹配。
连接信号和槽
在Qt中,可以使用QObject::connect函数来连接信号和槽。
126.进程的五个段
在操作系统中,进程是程序的执行实例。为了管理进程的内存空间,操作系统将进程的内存划分为多个段(Segment)。这些段用于存储不同类型的数据,每个段有不同的访问权限和用途。常见的进程内存段包括以下五个:
1. 代码段(Text Segment)
功能:存储程序的可执行代码(机器指令)。
特点:代码段通常是只读的,以防止程序在运行时修改自身的代码。代码段在程序加载时从可执行文件中读取,并映射到进程的虚拟地址空间。
2. 数据段(Data Segment)
功能:存储程序的全局变量和静态变量。
特点:数据段分为初始化数据段(.data)和未初始化数据段(.bss)。初始化数据段存储已初始化的全局变量和静态变量,而未初始化数据段存储未初始化的全局变量和静态变量。数据段在程序加载时从可执行文件中读取,并映射到进程的虚拟地址空间。
3. 堆(Heap)
功能:动态分配内存,用于存储动态数据结构(如链表、树、图等)。
特点:堆是一个动态增长的区域,通过malloc、calloc、realloc等函数进行内存分配,通过free函数释放内存。堆的管理由内存分配器(如glibc的ptmalloc、jemalloc等)负责,它们使用空闲链表等数据结构来管理可用内存块。
4. 栈(Stack)
功能:存储函数调用栈帧、局部变量、函数参数等。
特点:栈是一个后进先出(LIFO)的数据结构,用于管理函数调用和返回。每个函数调用会在栈上创建一个栈帧,存储局部变量、函数参数、返回地址等信息。栈的增长和收缩由处理器自动管理,通过栈指针(SP)和帧指针(FP)进行操作。
5. 环境变量和命令行参数段(Environment and Argument Segment)
功能:存储进程的环境变量和命令行参数。
特点:环境变量和命令行参数段存储进程启动时传递的环境变量和命令行参数。这些信息在进程启动时从父进程继承,并映射到进程的虚拟地址空间。
127.ping命令如何使用?用到哪些网络协议?
ping命令主要用到以下网络协议:
ICMP(Internet Control Message Protocol):
ICMP是IP协议的一个辅助协议,用于在IP主机和路由器之间传递控制消息。
ping命令使用ICMP回显请求(Type 8)和回显应答(Type 0)消息来测试主机之间的连通性。
IP(Internet Protocol):
IP协议负责将数据包从源主机传输到目标主机。
ping命令发送的ICMP消息封装在IP数据包中进行传输。
ARP(Address Resolution Protocol):
ARP用于将IP地址解析为MAC地址,以便在局域网中进行数据包传输。
当目标主机在同一个局域网中时,ping命令需要使用ARP来获取目标主机的MAC地址。
DNS(Domain Name System):
DNS用于将域名解析为IP地址。
当使用域名作为目标主机时,ping命令会先通过DNS查询获取目标主机的IP地址。
129.孤儿进程,僵尸进程,守护进程
孤儿进程:父进程终止后,子进程被init进程接管。
僵尸进程:子进程终止后,父进程未回收其状态。
守护进程:在后台运行,没有控制终端,通常用于执行系统服务。
孤儿进程(Orphan Process)
定义:孤儿进程是指其父进程在子进程之前终止的进程。当父进程终止时,子进程会被init进程(进程ID为1)接管,成为init进程的子进程。
特点:
孤儿进程不会变成僵尸进程,因为init进程会负责回收它们的状态。
孤儿进程可以继续运行,直到它们自己终止。
僵尸进程(Zombie Process)
定义:僵尸进程是指其父进程尚未调用wait或waitpid系统调用来回收子进程的状态,而子进程已经终止的进程。僵尸进程保留了终止时的状态信息,直到父进程回收。
特点:
僵尸进程不占用CPU资源,但会占用进程表中的一个条目。
如果系统中存在大量僵尸进程,可能会导致进程表满,无法创建新进程。
守护进程(Daemon Process)
定义:守护进程是一种在后台运行的进程,通常在系统启动时启动,并在系统关闭时终止。守护进程没有控制终端,通常用于执行系统服务或任务。
特点:
守护进程通常在后台运行,没有控制终端。
守护进程的创建通常涉及分离进程与终端、改变工作目录、重定向标准输入输出等步骤。
130.main函数的参数在哪个地方,怎么实现的
main函数的参数
argc(argument count):
是一个整数,表示传递给程序的命令行参数的数量。
包括程序本身的名称,因此argc至少为1。
argv(argument vector):
是一个指向字符串数组的指针,数组中的每个元素是一个参数,参数以C风格的字符串(以null字符结尾的字符数组)表示。
argv[0]通常是程序的名称,argv[1]到argv[argc-1]是传递给程序的实际参数。
131.中断上半部,下半部,具体实现
中断上半部:快速响应中断,执行关键且时间敏感的操作,通常在中断上下文中执行。
中断下半部:处理中断事件的剩余工作,执行那些不需要立即处理的操作,通常在进程上下文中执行。
中断处理是操作系统中非常重要的部分,它负责处理硬件设备产生的中断信号。为了提高系统的响应速度和效率,中断处理通常被分为两个部分:上半部(Top Half)和下半部(Bottom Half)。
中断上半部(Top Half)
功能:中断上半部是中断处理的核心部分,负责立即响应中断事件,执行关键且时间敏感的操作。上半部通常在中断上下文中执行,具有较高的优先级。
特点:
快速响应:上半部需要尽快完成,以减少对其他中断的延迟。
执行时间短:上半部不应执行耗时的操作,以免影响系统的实时性。
禁止中断:为了保证数据的一致性和操作的原子性,上半部通常会禁止其他中断。
实现:
在中断处理程序中,上半部负责保存中断现场、处理紧急事务、发送信号或唤醒下半部等。
中断下半部(Bottom Half)
功能:中断下半部负责处理中断事件的剩余工作,执行那些不需要立即处理的操作。下半部通常在进程上下文中执行,具有较低的优先级。
特点:
延迟处理:下半部可以在中断处理完成后的一段时间内执行,以减少对系统实时性的影响。
执行时间较长:下半部可以执行耗时的操作,因为它不会影响其他中断的处理。
允许中断:下半部在进程上下文中执行,可以被其他中断打断。
实现:
常见的下半部机制包括软中断(Softirq)、工作队列(Workqueue)和任务队列(Tasklet)等。
132.数据结构,你知道哪些
线性数据结构
数组(Array)
特点:连续的内存块,固定大小,随机访问。
操作:插入、删除、访问。
链表(Linked List)
特点:动态分配内存,非连续存储,通过指针连接。
类型:单向链表、双向链表、循环链表。
操作:插入、删除、访问。
栈(Stack)
特点:后进先出(LIFO),通常基于数组或链表实现。
操作:push(入栈)、pop(出栈)、peek(查看栈顶元素)。
队列(Queue)
特点:先进先出(FIFO),通常基于数组或链表实现。
操作:enqueue(入队)、dequeue(出队)、peek(查看队首元素)。
双端队列(Deque)
特点:两端都可以进行插入和删除操作的队列。
操作:addFirst、addLast、removeFirst、removeLast。
树形数据结构
二叉树(Binary Tree)
特点:每个节点最多有两个子节点。
操作:遍历(前序、中序、后序)、插入、删除。
二叉搜索树(Binary Search Tree, BST)
特点:左子树的值小于根节点,右子树的值大于根节点。
操作:查找、插入、删除。
AVL树
特点:自平衡二叉搜索树,保证任何节点的两个子树的高度差最多为1。
操作:查找、插入、删除。
红黑树(Red-Black Tree)
特点:自平衡二叉搜索树,每个节点包含一个颜色属性(红或黑),确保树的高度平衡。
操作:查找、插入、删除。
B树(B-Tree)
特点:平衡的多路搜索树,用于数据库和文件系统。
操作:查找、插入、删除。
B+树(B+Tree)
特点:B树的变种,所有数据存储在叶子节点,适用于范围查询。
操作:查找、插入、删除。
图形数据结构
图(Graph)
特点:由节点(顶点)和边组成,可以是有向的或无向的。
表示:邻接矩阵、邻接表。
操作:遍历(深度优先搜索、广度优先搜索)、最短路径(Dijkstra算法、Bellman-Ford算法)、最小生成树(Prim算法、Kruskal算法)。
散列数据结构
哈希表(Hash Table)
特点:通过哈希函数将键映射到数组中的位置,实现快速查找。
操作:插入、删除、查找。
集合(Set)
特点:无序、不重复的元素集合,通常基于哈希表实现。
操作:插入、删除、查找、并集、交集、差集。
映射(Map)
特点:键值对的集合,键唯一,通常基于哈希表实现。
操作:插入、删除、查找。
其他数据结构
堆(Heap)
特点:完全二叉树,满足堆属性(最大堆或最小堆)。
操作:插入、删除、查找最大/最小值。
优先队列(Priority Queue)
特点:基于堆实现,元素按优先级出队。
操作:插入、删除、查找最高优先级元素。
并查集(Disjoint Set)
特点:用于处理不相交集合的合并及查询问题。
操作:查找、合并。
字典树(Trie)
特点:用于快速检索字符串数据集中的键,常用于自动补全、拼写检查。
操作:插入、删除、查找。
133.hash算法,hash查找,数字,字符串
哈希算法(Hash Algorithm)是一种将任意长度的数据映射到固定长度输出的算法。哈希查找(Hash Search)则是利用哈希算法来快速查找数据的技术。哈希算法广泛应用于数据完整性校验、密码学、数据结构(如哈希表)等领域。
哈希算法的基本概念
哈希函数(Hash Function):
将任意长度的输入数据(称为消息或原像)映射到固定长度的输出(称为哈希值或摘要)。
哈希函数应具有以下特性:
一致性:相同的输入总是产生相同的输出。
高效性:计算速度快。
均匀性:输出分布均匀,减少冲突。
不可逆性:从哈希值难以反推出原始输入。
哈希冲突(Hash Collision):
不同的输入数据产生相同的哈希值。
解决冲突的方法包括链地址法(Chaining)、开放地址法(Open Addressing)等。
常见的哈希算法
MD5(Message-Digest Algorithm 5):
输出128位(16字节)哈希值。
已被证明不安全,不推荐用于安全敏感的应用。
SHA-1(Secure Hash Algorithm 1):
输出160位(20字节)哈希值。
已被证明不安全,不推荐用于安全敏感的应用。
SHA-2:
包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512等变种。
输出长度分别为224位、256位、384位、512位。
目前广泛使用,安全性较高。
SHA-3:
基于Keccak算法,输出长度可变。
目前广泛使用,安全性较高。
哈希查找
哈希查找利用哈希表(Hash Table)来实现快速的数据查找。哈希表是一种数据结构,通过哈希函数将键(Key)映射到数组中的位置,从而实现O(1)时间复杂度的查找、插入和删除操作。
哈希表的基本操作
插入(Insert):
计算键的哈希值,确定数组中的位置。
将键值对存储在该位置,或处理冲突(如链地址法)。
查找(Search):
计算键的哈希值,确定数组中的位置。
检查该位置是否存在对应的键值对,或遍历冲突链(如链地址法)。
删除(Delete):
计算键的哈希值,确定数组中的位置。
删除该位置的键值对,或从冲突链中移除。
134.怎么知道子进程资源被回收完了
1. 使用 wait 或 waitpid 系统调用
父进程可以使用 wait 或 waitpid 系统调用来等待子进程的终止,并获取子进程的退出状态。这些系统调用会阻塞父进程,直到子进程终止。一旦子进程终止,父进程就可以确认子进程的资源已经被回收。
2. 使用信号处理机制
父进程可以注册一个信号处理函数来处理子进程终止时发送的 SIGCHLD 信号。当子进程终止时,操作系统会向父进程发送 SIGCHLD 信号,父进程可以在信号处理函数中调用 wait 或 waitpid 来回收子进程的资源。
3. 使用 prctl 系统调用
父进程可以使用 prctl 系统调用来设置子进程的父进程为 init 进程(PID 为 1),这样当子进程终止时,init 进程会自动回收子进程的资源。
135.信号,信号注册函数
信号(Signal)是操作系统中用于进程间通信的一种机制,用于通知进程发生了某个事件。信号可以由内核、其他进程或进程自身发送。信号处理函数(Signal Handler)是进程用于处理接收到的信号的函数。
常见的信号
以下是一些常见的信号及其含义:
SIGINT:中断信号,通常由用户在终端按下 Ctrl+C 产生。
SIGTERM:终止信号,通常由 kill 命令发送,请求进程终止。
SIGKILL:强制终止信号,无法被捕获或忽略,通常由 kill -9 命令发送。
SIGSEGV:段错误信号,通常由于非法内存访问产生。
SIGALRM:闹钟信号,通常由 alarm 函数设置的定时器到期产生。
SIGCHLD:子进程终止信号,通常由子进程终止时产生。
信号注册函数
在 POSIX 兼容的系统中,信号注册函数主要有以下几种:
signal:
用于注册信号处理函数。
语法:void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
sigaction:
用于注册信号处理函数,功能更强大,支持更多选项。
语法:int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
信号处理函数的注意事项
可重入性:信号处理函数应该是可重入的,即在信号处理函数中不应调用不可重入的函数(如 printf、malloc、free 等)。可以使用 write 系统调用代替 printf。
异步信号安全:信号处理函数应该是异步信号安全的,即在信号处理函数中不应执行可能导致死锁或竞态条件的操作。
信号屏蔽:在信号处理函数中,可以使用 sigprocmask 函数来屏蔽其他信号,以避免嵌套信号处理导致的不可预知行为。
136.应用层和内核之间通信除了系统调用,还有别的什么机制
在应用层和内核之间进行通信,除了系统调用(System Calls)之外,还有以下几种常见的机制:
信号(Signals): 信号是一种异步通知机制,用于通知进程发生了某个事件。内核可以通过发送信号来通知进程某些事件的发生,例如中断、异常或特定操作完成。进程可以捕获这些信号并执行相应的处理程序。
管道(Pipes): 管道是一种简单的进程间通信(IPC)机制,允许一个进程将数据流传递给另一个进程。管道可以是匿名的(无名管道)或有名的(命名管道)。匿名管道通常用于父子进程之间的通信,而命名管道可以用于任意两个进程之间的通信。
套接字(Sockets): 套接字是一种更为通用的IPC机制,不仅可以在同一台机器上的进程之间通信,还可以在不同机器上的进程之间进行网络通信。套接字支持多种协议,如TCP、UDP等。
共享内存(Shared Memory): 共享内存允许多个进程访问同一块内存区域,从而实现高效的数据共享。内核负责分配和管理共享内存区域,进程可以直接读写这块内存,从而实现快速的数据交换。
消息队列(Message Queues): 消息队列是一种存储在内核中的消息链表,进程可以将消息发送到队列中,也可以从队列中接收消息。消息队列提供了一种异步的通信方式,进程可以在需要时发送和接收消息。
信号量(Semaphores): 信号量是一种用于进程同步的机制,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量通常与共享内存一起使用,以确保进程在访问共享资源时不会发生冲突。
内存映射(Memory Mapping): 内存映射是一种将文件或设备映射到进程地址空间的技术。通过内存映射,进程可以直接访问文件或设备的数据,而不需要通过传统的文件I/O系统调用。
这些机制各有优缺点,适用于不同的应用场景。选择合适的通信机制可以提高系统的性能和可靠性。
137.软中断
软中断(Softirq)是操作系统内核中的一种机制,用于处理一些需要快速响应的底层任务。与硬中断(Hardware Interrupt)不同,软中断是由内核自身触发的,而不是由硬件设备触发的。软中断通常用于处理一些对时间要求较高的任务,例如网络数据包处理、块设备I/O操作等。
软中断的主要特点包括:
轻量级:软中断的实现相对简单,开销较小,适合处理一些对性能要求较高的任务。
可重入:软中断处理程序是可重入的,即可以在一个软中断处理程序执行过程中再次触发相同的软中断,而不会导致系统崩溃。
优先级:软中断有固定的优先级,内核会根据优先级来调度软中断处理程序的执行。
内核线程:在一些操作系统中,软中断处理程序可能会在内核线程的上下文中执行,以确保任务能够得到及时处理。
软中断的实现通常涉及以下几个步骤:
注册软中断处理程序:内核开发者需要在内核初始化过程中注册软中断处理程序,指定某个软中断编号对应的具体处理函数。
触发软中断:当某个事件发生时,内核会触发相应的软中断。触发软中断的方式可以是直接调用软中断处理函数,也可以是通过调度机制来间接触发。
执行软中断处理程序:内核会根据软中断的优先级和当前系统的负载情况,选择合适的时机来执行软中断处理程序。处理程序执行完毕后,内核会继续处理其他任务。
138.DNS,怎么用
DNS(Domain Name System,域名系统)是互联网的一项核心服务,它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库,能够使人更方便地访问互联网,而不用去记住能够被机器直接读取的IP地址。
使用DNS的基本步骤如下:
域名解析:
当用户在浏览器中输入一个域名(例如 www.example.com),浏览器会向本地DNS服务器发送一个DNS查询请求。
本地DNS服务器通常由用户的互联网服务提供商(ISP)提供,它首先会检查自己的缓存,看看是否有该域名对应的IP地址。
如果本地DNS服务器没有缓存该域名的IP地址,它会向根DNS服务器发送查询请求。
根DNS服务器会告诉本地DNS服务器应该向哪个顶级域(TLD)DNS服务器查询。例如,对于.com域名,根DNS服务器会告诉本地DNS服务器应该向.com的TLD DNS服务器查询。
本地DNS服务器接着向.com的TLD DNS服务器发送查询请求,TLD DNS服务器会告诉本地DNS服务器应该向哪个权威DNS服务器查询。
本地DNS服务器最后向权威DNS服务器发送查询请求,权威DNS服务器会返回该域名对应的IP地址。
本地DNS服务器将IP地址返回给用户的浏览器,并将该IP地址缓存起来,以便下次查询时更快地响应。
访问网站:
浏览器获得域名对应的IP地址后,会向该IP地址发送HTTP请求,请求访问网站。
网站服务器接收到请求后,会返回相应的网页内容,浏览器接收到内容后进行渲染,用户就可以看到网站了。
139.链表和hash对比
链表(Linked List)和哈希表(Hash Table)是两种常见的数据结构,它们在不同的应用场景下各有优缺点。以下是它们的主要对比:
链表(Linked List)
定义:链表是一种线性数据结构,其中的元素(节点)通过指针链接在一起。每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针。
优点:
动态大小:链表的大小可以根据需要动态增加或减少,不需要预先分配固定大小的内存。
插入和删除操作高效:在链表中插入或删除一个节点只需要调整相邻节点的指针,时间复杂度为O(1)(假设已经知道要插入或删除的位置)。
缺点:
随机访问低效:要访问链表中的某个元素,必须从头节点开始逐个遍历,时间复杂度为O(n)。
额外的内存开销:每个节点除了存储数据外,还需要存储指向下一个节点的指针,这会带来额外的内存开销。
哈希表(Hash Table)
定义:哈希表是一种基于哈希函数实现的数据结构,它通过将键(key)映射到数组中的某个位置来存储和检索数据。
优点:
快速的查找、插入和删除操作:在理想情况下,哈希表的查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
高效的内存利用:哈希表通常使用数组来存储数据,可以高效地利用内存。
缺点:
哈希冲突:不同的键可能会映射到同一个位置,导致哈希冲突。解决哈希冲突的方法(如链地址法、开放地址法)会增加实现的复杂性。
需要良好的哈希函数:哈希表的性能很大程度上取决于哈希函数的设计。一个不好的哈希函数可能导致大量的冲突,从而降低性能。
动态调整大小:当哈希表的负载因子过高时,需要重新调整大小并重新哈希所有元素,这会带来额外的开销。
应用场景
链表:适用于需要频繁插入和删除操作的场景,例如实现栈、队列、LRU缓存等。
哈希表:适用于需要快速查找、插入和删除操作的场景,例如实现字典、集合、缓存等。
总结
链表和哈希表各有优缺点,选择哪种数据结构取决于具体的应用需求。如果需要频繁地插入和删除元素,并且不需要频繁地随机访问,链表可能是一个更好的选择。如果需要快速的查找、插入和删除操作,哈希表可能更适合。
140.const修饰完,非要改变,什么结果
在C++中,const 关键字用于声明常量,表示其值在初始化后不能被修改。然而,有时候你可能需要绕过这种限制,例如在调试或特殊情况下。C++提供了一些方法来强制解除 const 限制,但这些方法并不推荐在正常代码中使用,因为它们破坏了类型系统的安全性,可能导致未定义行为。
使用 const_cast
const_cast 是C++中用于添加或移除 const 限定符的类型转换操作符。你可以使用 const_cast 来移除 const 限定符,从而修改原本被 const 修饰的变量。
142.一个双向链表,里面有a、b、c三个数据,现有一个d,简述一下把d插入到a、b之间的步骤。
创建新节点 d:
分配内存并初始化新节点 d,使其包含数据部分和前后指针。
调整指针:
将节点 d 的前指针(prev)指向节点 a。
将节点 d 的后指针(next)指向节点 b。
更新节点 a 的后指针:
将节点 a 的后指针(next)指向节点 d。
更新节点 b 的前指针:
将节点 b 的前指针(prev)指向节点 d。
143.什么是僵尸进程、怎么防止僵尸进程,出现了怎么解决?
僵尸进程是指一个已经终止的子进程,但其父进程尚未调用 wait() 或 waitpid() 系统调用来获取子进程的退出状态。在这种情况下,子进程的进程描述符(PCB)仍然保留在系统中,占用一定的系统资源。僵尸进程不会消耗CPU或内存资源,但会占用进程表中的一个条目,如果僵尸进程过多,可能会导致系统无法创建新的进程。
防止僵尸进程
使用 wait() 或 waitpid():
父进程在子进程终止后调用 wait() 或 waitpid() 系统调用来获取子进程的退出状态,从而释放子进程的资源。
使用信号处理:
父进程可以设置一个信号处理函数来处理 SIGCHLD 信号,当子进程终止时,内核会发送 SIGCHLD 信号给父进程,父进程可以在信号处理函数中调用 wait() 或 waitpid()。
使用 sigaction():
使用 sigaction() 系统调用来设置 SIGCHLD 信号的处理方式,可以更灵活地处理子进程的退出状态。
解决僵尸进程
如果系统中已经存在僵尸进程,可以采取以下方法解决:
重启父进程:
如果父进程是可重启的,可以重启父进程,这样新的父进程会重新创建子进程,旧的僵尸子进程会被自动清理。
手动清理:
如果父进程不可重启,可以手动杀死父进程,这样僵尸子进程会被init进程(PID为1)接管,init进程会自动清理这些僵尸子进程。
使用 waitpid():
如果父进程还在运行,可以在父进程中调用 waitpid() 来清理僵尸子进程。
144.进程调度的机制?
进程调度是操作系统中的一个核心功能,负责决定哪个进程在何时获得CPU时间。进程调度的机制多种多样,不同的操作系统可能采用不同的调度算法。以下是一些常见的进程调度机制:
1. 进程调度类型
抢占式调度(Preemptive Scheduling):
操作系统可以在任何时候中断当前正在执行的进程,并将CPU分配给另一个进程。这种调度方式可以确保系统对所有进程公平,并且可以及时响应高优先级的进程。
非抢占式调度(Non-preemptive Scheduling):
一旦进程开始执行,它将一直运行直到完成或自愿放弃CPU。这种调度方式简单,但可能导致低优先级进程长时间占用CPU,影响系统响应性。
2. 常见的调度算法
先来先服务(First-Come, First-Served, FCFS):
按照进程到达的顺序进行调度,先到达的进程先执行。这是一种非抢占式调度算法,简单但可能导致“饥饿”现象。
短作业优先(Shortest Job Next, SJN):
选择估计运行时间最短的进程进行调度。这是一种非抢占式调度算法,可以减少平均等待时间,但需要预先知道每个进程的运行时间。
最短剩余时间优先(Shortest Remaining Time Next, SRTN):
选择剩余运行时间最短的进程进行调度。这是一种抢占式调度算法,可以减少平均等待时间,但需要实时更新每个进程的剩余运行时间。
时间片轮转(Round Robin, RR):
每个进程被分配一个固定的时间片(时间片大小通常很小),在一个时间片内运行,时间片用完后,进程被抢占并放到就绪队列的末尾。这是一种抢占式调度算法,可以确保所有进程公平获得CPU时间。
优先级调度(Priority Scheduling):
每个进程被赋予一个优先级,调度器选择优先级最高的进程进行调度。优先级可以是静态的,也可以是动态调整的。这种调度方式可能导致低优先级进程“饥饿”。
多级反馈队列调度(Multilevel Feedback Queue Scheduling):
多个就绪队列,每个队列有不同的优先级和时间片大小。新进程进入最高优先级队列,时间片用完后,进程被降级到下一个优先级队列。这是一种复杂的抢占式调度算法,可以兼顾响应性和公平性。
3. 调度算法的评价指标
吞吐量(Throughput):
单位时间内完成的进程数量。
响应时间(Response Time):
从进程提交到第一次获得CPU时间的时间。
周转时间(Turnaround Time):
从进程提交到完成的时间。
等待时间(Waiting Time):
进程在就绪队列中等待的总时间。
公平性(Fairness):
确保每个进程都能获得合理的CPU时间。
4. 调度器分类
长期调度器(Long-term Scheduler):
决定哪些进程被创建并进入就绪队列。长期调度器控制系统的多道程序度(multiprogramming degree)。
短期调度器(Short-term Scheduler):
决定哪个就绪进程获得CPU时间。短期调度器执行频率较高,通常每秒执行多次。
中期调度器(Medium-term Scheduler):
决定哪些进程被换出(swap out)到磁盘,以减少多道程序度,从而提高系统性能。
145.说一下对路由和交换机的认识和区别
路由和交换机是网络中两个核心的设备,它们在网络通信中扮演着不同的角色,有着不同的功能和应用场景。以下是对路由器和交换机的认识和区别:
交换机(Switch)
定义: 交换机是一种网络设备,用于在局域网(LAN)内转发数据包。它工作在OSI模型的第二层(数据链路层),主要负责在同一网络内的设备之间传输数据。
功能:
MAC地址学习:交换机通过学习连接设备的MAC地址,构建一个MAC地址表,用于快速转发数据包。
数据包转发:根据MAC地址表,交换机将数据包从一个端口转发到另一个端口,实现设备之间的通信。
广播和多播控制:交换机可以控制广播和多播流量,减少网络拥塞。
端口隔离:某些交换机支持端口隔离,使得不同端口之间的设备无法直接通信,提高网络安全性。
应用场景: 交换机主要用于构建局域网,连接同一网络内的设备,如办公室、学校、数据中心等。
路由器(Router)
定义: 路由器是一种网络设备,用于在不同的网络之间转发数据包。它工作在OSI模型的第三层(网络层),主要负责在不同网络之间传输数据,实现网络互联。
功能:
路由选择:路由器根据路由表(Routing Table)选择最佳路径,将数据包从一个网络转发到另一个网络。
IP地址转发:路由器根据数据包中的IP地址进行转发,实现不同网络之间的通信。
网络地址转换(NAT):路由器可以将私有IP地址转换为公共IP地址,实现内网设备访问互联网。
防火墙功能:许多路由器集成了防火墙功能,可以过滤不安全的数据包,保护网络安全。
应用场景: 路由器主要用于连接不同的网络,如连接局域网和广域网(WAN),实现互联网接入、VPN连接、远程访问等。
区别
工作层次:
交换机工作在OSI模型的第二层(数据链路层)。
路由器工作在OSI模型的第三层(网络层)。
转发依据:
交换机根据MAC地址转发数据包。
路由器根据IP地址转发数据包。
应用场景:
交换机用于构建局域网,连接同一网络内的设备。
路由器用于连接不同的网络,实现网络互联。
功能复杂度:
交换机功能相对简单,主要负责数据包的快速转发。
路由器功能更复杂,除了数据包转发外,还涉及路由选择、NAT、防火墙等高级功能。
总结
交换机和路由器在网络中扮演着不同的角色,交换机主要用于局域网内的数据包转发,而路由器主要用于不同网络之间的数据包转发。了解它们的区别和功能,有助于更好地设计和维护网络架构。
146.访问百度涉及哪些协议
访问百度(www.baidu.com)涉及多个网络协议,这些协议协同工作以确保用户能够从客户端(如浏览器)成功请求并接收百度服务器上的网页内容。以下是访问百度涉及的主要协议:
1. HTTP/HTTPS
HTTP(HyperText Transfer Protocol):
HTTP 是用于从服务器传输超文本到本地浏览器的协议。用户在浏览器中输入百度的URL(如 http://www.baidu.com),浏览器会发送一个HTTP请求到百度的服务器,请求网页内容。
HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure):
HTTPS 是HTTP的安全版本,通过SSL/TLS协议对数据进行加密传输。用户在浏览器中输入 https://www.baidu.com,浏览器会发送一个HTTPS请求到百度的服务器,请求加密的网页内容。
2. DNS
DNS(Domain Name System):
DNS 用于将域名(如 www.baidu.com)解析为IP地址。当用户在浏览器中输入百度的URL时,浏览器首先会向DNS服务器发送一个DNS查询请求,获取百度的IP地址。
3. TCP/IP
TCP(Transmission Control Protocol):
TCP 是用于在网络中可靠地传输数据的协议。HTTP/HTTPS请求和响应数据包都是通过TCP进行传输的。
IP(Internet Protocol):
IP 是用于在网络中传输数据包的协议。每个设备在互联网上都有一个唯一的IP地址,用于标识和定位设备。
4. SSL/TLS
SSL(Secure Sockets Layer)/ TLS(Transport Layer Security):
SSL/TLS 是用于在客户端和服务器之间建立安全连接的协议。当用户访问 https://www.baidu.com 时,浏览器和服务器之间会进行SSL/TLS握手,协商加密算法和密钥,确保数据传输的安全性。
5. ARP
ARP(Address Resolution Protocol):
ARP 用于将IP地址解析为MAC地址。在局域网内,当设备需要发送数据包到另一个设备时,会使用ARP协议获取目标设备的MAC地址。
6. ICMP
ICMP(Internet Control Message Protocol):
ICMP 用于在IP网络中传递控制消息。例如,当用户使用 ping 命令测试百度的连通性时,会使用ICMP协议发送和接收回显请求和应答。
7. DHCP
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol):
DHCP 用于自动分配IP地址和其他网络配置参数。如果用户的设备是通过DHCP获取IP地址的,那么在访问百度之前,设备会先通过DHCP协议获取IP地址。
总结
访问百度涉及的主要协议包括HTTP/HTTPS、DNS、TCP/IP、SSL/TLS、ARP、ICMP和DHCP。这些协议协同工作,确保用户能够从客户端成功请求并接收百度服务器上的网页内容。
147.两个电脑,网段不同能不能建立连接,在中间加什么就可以连接。
两个网段不同的电脑之间默认是无法直接通信的,因为它们的IP地址不在同一个子网内,路由器会阻止它们之间的直接通信。为了实现不同网段的电脑之间的连接,可以在中间添加一个路由器或三层交换机。
路由器的作用
路由器工作在OSI模型的第三层(网络层),主要负责在不同的网络之间转发数据包。通过在两个不同网段的电脑之间添加一个路由器,可以实现以下功能:
路由选择:路由器根据路由表选择最佳路径,将数据包从一个网络转发到另一个网络。
IP地址转发:路由器根据数据包中的IP地址进行转发,实现不同网络之间的通信。
网络地址转换(NAT):路由器可以将私有IP地址转换为公共IP地址,实现内网设备访问外网。
配置步骤
假设有两个电脑,分别位于不同的网段:
电脑A:IP地址为 192.168.1.2,子网掩码为 255.255.255.0
电脑B:IP地址为 192.168.2.2,子网掩码为 255.255.255.0
在中间添加一个路由器,配置步骤如下:
连接路由器:
将电脑A连接到路由器的一个端口(例如端口1)。
将电脑B连接到路由器的另一个端口(例如端口2)。
配置路由器端口:
配置路由器端口1的IP地址为 192.168.1.1,子网掩码为 255.255.255.0。
配置路由器端口2的IP地址为 192.168.2.1,子网掩码为 255.255.255.0。
配置电脑的网关:
配置电脑A的默认网关为 192.168.1.1。
配置电脑B的默认网关为 192.168.2.1。
配置路由表:
在路由器上配置静态路由,使得路由器知道如何将数据包从 192.168.1.0/24 转发到 192.168.2.0/24,反之亦然。
148.用过哪些锁,自旋锁的应用场景
在计算机科学中,锁(Lock)是一种同步机制,用于确保多个线程或进程在访问共享资源时能够有序进行,避免数据竞争和不一致。常见的锁类型包括互斥锁、读写锁、自旋锁、条件变量等。以下是一些常见的锁类型及其应用场景:
1. 互斥锁(Mutex)
定义: 互斥锁(Mutual Exclusion Lock)是最基本的锁类型,用于保护共享资源,确保同一时间只有一个线程可以访问该资源。
应用场景:
保护临界区(Critical Section),确保多个线程对共享资源的互斥访问。
防止数据竞争和不一致。
2. 读写锁(Read-Write Lock)
定义: 读写锁允许多个线程同时读取共享资源,但写操作是独占的。读写锁适用于读多写少的场景。
应用场景:
数据库系统中的读写操作。
缓存系统中的数据读取和更新。
3. 自旋锁(Spinlock)
定义: 自旋锁是一种忙等待的锁,线程在获取锁失败时不会进入睡眠状态,而是不断循环检查锁是否可用。
应用场景:
锁的持有时间非常短,且线程切换开销较大时。
多核处理器系统中,避免线程切换带来的性能损耗。
内核编程中,用于保护内核数据结构。
4. 条件变量(Condition Variable)
定义: 条件变量用于线程间的同步,通常与互斥锁一起使用。线程可以在条件变量上等待某个条件成立,或者通知其他线程条件已经成立。
应用场景:
生产者-消费者问题。
线程池中的任务调度。
5. 信号量(Semaphore)
定义: 信号量是一种更通用的同步机制,可以用于控制对共享资源的访问数量。信号量可以是计数信号量(允许多个线程访问资源)或二进制信号量(类似于互斥锁)。
应用场景:
控制并发访问的数量。
实现资源池。
自旋锁的应用场景
自旋锁适用于以下场景:
锁的持有时间非常短:
如果锁的持有时间非常短,使用自旋锁可以避免线程切换的开销,提高性能。
多核处理器系统:
在多核处理器系统中,自旋锁可以更好地利用CPU资源,避免线程切换带来的性能损耗。
内核编程:
在内核编程中,自旋锁常用于保护内核数据结构,确保内核代码的正确性和性能。
实时系统:
在实时系统中,自旋锁可以确保线程在等待锁时不会错过关键的时间窗口。
149.一个进程建立多少数量线程?瓶颈是什么?
一个进程可以建立的线程数量受到多种因素的限制,包括操作系统限制、系统资源(如内存、CPU)、线程栈大小等。以下是一些关键因素和瓶颈:
1. 操作系统限制
不同的操作系统对单个进程可创建的线程数量有不同的限制。例如:
Linux:默认情况下,Linux内核对单个进程的线程数量没有硬性限制,但实际数量受限于系统资源和配置。
Windows:在32位系统上,单个进程的线程数量通常受限于虚拟地址空间的大小(约2GB),而在64位系统上,线程数量可以更多。
2. 系统资源限制
内存:每个线程都需要一定的内存来存储线程栈。线程栈的大小可以通过系统配置或编程语言的设置进行调整,但总内存消耗会限制线程数量。
CPU:虽然CPU核心数量不是直接限制线程数量的因素,但过多的线程会导致CPU上下文切换开销增加,影响系统性能。
3. 线程栈大小
每个线程都有一个独立的栈空间,默认情况下,栈大小通常在几MB到几十MB之间。例如:
Linux:默认线程栈大小通常为8MB。
Windows:默认线程栈大小通常为1MB。
可以通过调整线程栈大小来增加线程数量,但过小的栈大小可能会导致栈溢出。
4. 编程语言和库限制
某些编程语言和库可能会对线程数量施加额外的限制。例如:
Java:在Java中,线程数量受限于JVM的配置和系统资源。
Python:由于全局解释器锁(GIL)的存在,Python的多线程并不能充分利用多核CPU的优势,因此在某些情况下,使用多进程可能更合适。
5. 实际应用中的考虑
在实际应用中,创建大量线程并不总是最佳选择,因为线程切换和管理开销会随着线程数量的增加而增加。通常,使用线程池或其他并发模型(如异步编程、协程)可以更高效地管理并发任务。
示例:计算线程数量上限
假设系统有4GB的可用内存,每个线程的栈大小为8MB,那么可以估算出大致的线程数量上限:
线程数量上限 = 总内存 / 每个线程的栈大小
= 4GB / 8MB
= 4 * 1024MB / 8MB
= 512
这只是一个粗略的估算,实际的线程数量还会受到其他因素的影响。
总结
一个进程可以创建的线程数量受到操作系统限制、系统资源(如内存、CPU)、线程栈大小等多种因素的限制。
在实际应用中,应根据具体需求和系统资源合理设置线程数量,避免过多的线程导致性能下降。使用线程池或其他并发模型可以更高效地管理并发任务。
150…Oops出现的原因。
"Oops" 是 "Operation Other People's Stuff" 的缩写,通常用于描述在计算机系统中发生的意外错误或异常情况。在操作系统领域,特别是Linux内核中,"Oops" 通常指的是内核发生了不可恢复的错误,导致系统崩溃或异常。以下是一些可能导致 "Oops" 出现的原因:
1. 内核错误
空指针引用:内核代码试图访问一个未初始化或已释放的指针,导致内存访问错误。
越界访问:内核代码试图访问数组或其他数据结构之外的内存区域。
非法指令:内核代码执行了非法或未定义的指令。
除零错误:内核代码试图对零进行除法操作。
2. 硬件故障
内存故障:物理内存损坏或故障,导致内核读写错误。
CPU故障:CPU内部错误或故障,导致执行异常。
总线错误:系统总线或其他硬件总线出现故障。
3. 驱动程序问题
驱动程序bug:设备驱动程序中的错误或缺陷,导致内核崩溃。
不兼容的驱动程序:驱动程序与当前内核版本不兼容,导致运行时错误。
4. 配置错误
内核配置错误:内核编译配置错误,导致运行时异常。
系统参数配置错误:系统参数配置不当,导致内核运行异常。
5. 资源耗尽
内存耗尽:系统内存耗尽,导致内核无法分配必要的内存资源。
文件描述符耗尽:系统文件描述符耗尽,导致内核无法打开必要的文件或设备。
6. 并发问题
竞态条件:多个线程或进程同时访问共享资源,导致数据不一致或内核崩溃。
死锁:多个线程或进程相互等待对方释放资源,导致系统无法继续运行。
151.在多核处理器中,建立一个线程在哪个cpu上运行,如何修改执行的cpu。
在多核处理器中,操作系统负责将线程调度到不同的CPU核心上运行。默认情况下,操作系统会根据负载均衡和调度算法自动决定线程在哪个CPU上运行。然而,有时我们可能希望手动控制线程在特定CPU上运行,以优化性能或满足特定需求。以下是一些常见的方法来修改线程执行的CPU:
1. 使用线程亲和性(Thread Affinity)
线程亲和性是指将线程绑定到特定的CPU核心上运行。大多数操作系统提供了设置线程亲和性的API。
Linux
在Linux中,可以使用 pthread_setaffinity_np 函数来设置线程的CPU亲和性。
Windows
在Windows中,可以使用 SetThreadAffinityMask 函数来设置线程的CPU亲和性。
2. 使用调度策略和优先级
除了设置线程亲和性,还可以通过调整线程的调度策略和优先级来影响线程在CPU上的执行。
Linux
在Linux中,可以使用 sched_setscheduler 函数来设置线程的调度策略和优先级。
Windows
在Windows中,可以使用 SetThreadPriority 函数来设置线程的优先级。
152.平衡树
平衡树(Balanced Tree)是一种特殊的二叉搜索树(Binary Search Tree, BST),其设计目的是为了在插入、删除和查找操作中保持较高的性能。平衡树通过维护树的高度平衡,确保这些操作的时间复杂度保持在O(log n)级别,其中n是树中节点的数量。
常见的平衡树类型
AVL树:
AVL树是最早被发明的自平衡二叉搜索树。
每个节点的左右子树的高度差最多为1。
通过旋转操作(左旋、右旋、左右旋、右左旋)来维持平衡。
红黑树:
红黑树是一种近似平衡的二叉搜索树。
每个节点都有一个颜色属性(红色或黑色)。
通过以下规则来维持平衡:
根节点是黑色。
所有叶子节点(NIL节点)是黑色。
如果一个节点是红色,则它的两个子节点都是黑色。
从任一节点到其每个叶子节点的所有路径都包含相同数目的黑色节点。
B树:
B树是一种多路搜索树,适用于磁盘或其他存储设备。
每个节点可以有多个子节点。
通过维护节点的分裂和合并来保持平衡。
B+树:
B+树是B树的变种,常用于数据库和文件系统。
所有数据存储在叶子节点,内部节点只存储键值。
叶子节点通过链表连接,便于范围查询。
2-3树:
2-3树是一种多路搜索树,每个节点可以有2个或3个子节点。
通过节点的分裂和合并来保持平衡。
平衡树的操作
插入:
插入新节点后,通过旋转或其他调整操作来维持树的平衡。
删除:
删除节点后,通过旋转或其他调整操作来维持树的平衡。
查找:
查找操作与普通的二叉搜索树类似,但由于树是平衡的,查找时间复杂度为O(log n)。
153.tcpdump是什么?作用
tcpdump 是一个强大的网络抓包工具,用于捕获和分析网络数据包。它可以在命令行界面(CLI)中运行,广泛用于网络故障排除、安全分析、性能调优等领域。tcpdump 支持多种网络协议,可以捕获和显示详细的网络数据包信息。
主要作用
网络故障排除:
捕获和分析网络数据包,帮助诊断网络连接问题、丢包、延迟等。
安全分析:
监控网络流量,检测潜在的安全威胁,如入侵、恶意软件通信等。
性能调优:
分析网络流量模式,优化网络配置和性能。
协议分析:
捕获和分析特定协议的数据包,了解协议的工作原理和行为。
学习和教育:
用于网络协议的学习和教学,帮助理解网络通信的底层细节
154.MTU:最大,最小
MTU(Maximum Transmission Unit,最大传输单元)是指在网络通信中,一个网络层协议数据单元(PDU)在不分段的情况下可以传输的最大数据量。MTU的大小直接影响网络传输的效率和性能。以下是关于MTU的一些关键点:
MTU的大小
以太网(Ethernet):
标准的以太网MTU大小为1500字节。
某些特殊情况下,MTU可以设置为更大的值,如Jumbo Frames(巨型帧),通常为9000字节。
PPPoE(Point-to-Point Protocol over Ethernet):
由于PPPoE头部占用一定的空间,PPPoE连接的MTU通常为1492字节。
无线网络(如Wi-Fi):
无线网络的MTU通常也为1500字节,但可能会因网络配置和设备支持而有所不同。
MTU的影响
传输效率:
较大的MTU可以减少每个数据包的头部开销,提高传输效率。
较小的MTU可能导致更多的分段和重组,增加网络延迟和开销。
网络性能:
不匹配的MTU设置可能导致数据包被丢弃或需要重新传输,影响网络性能。
在路径上存在较小的MTU时,较大的数据包需要被分段,可能导致传输效率下降。
MTU的检测和配置
路径MTU发现(Path MTU Discovery, PMTUD):
一种机制,用于自动发现路径上的最小MTU,以避免分段。
通过发送带有Don't Fragment(DF)标志的ICMP请求来检测路径上的最小MTU。
配置MTU:
可以通过网络设备(如路由器、交换机)或操作系统(如Linux、Windows)进行MTU的配置。
例如,在Linux系统中,可以使用以下命令配置网络接口的MTU:
ifconfig eth0 mtu 1500
CopyInsert
MTU的测试
ping命令:
可以使用ping命令测试MTU,通过发送不同大小的数据包并观察是否需要分段。
例如,测试路径上的MTU:
ping -M do -s 1472 example.com
CopyInsert
其中,-M do 表示设置DF标志,-s 1472 表示发送1472字节的数据(加上28字节的ICMP头部,总共1500字节)。
总结
MTU是网络通信中的一个重要参数,影响数据传输的效率和性能。了解和正确配置MTU,可以帮助优化网络性能,减少不必要的分段和重组开销。在实际应用中,应根据网络环境和需求选择合适的MTU大小,并使用路径MTU发现机制自动调整。
155.MSS的含义
MSS(Maximum Segment Size,最大段大小)是指在TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)通信中,一个TCP段(Segment)中可以包含的应用层数据的最大字节数。MSS是TCP协议的一个重要参数,用于优化数据传输的效率和性能。
MSS的含义
定义:
MSS是指一个TCP段中可以包含的应用层数据的最大字节数,不包括TCP头部和IP头部。
MSS是在TCP三次握手过程中协商确定的,通信双方各自通告自己的MSS值,选择较小的值作为双方通信的MSS。
计算:
MSS通常等于MTU(Maximum Transmission Unit,最大传输单元)减去TCP头部和IP头部的总大小。
例如,在以太网中,标准的MTU为1500字节,TCP头部通常为20字节,IP头部通常为20字节,因此MSS为:
MSS = MTU - TCP头部大小 - IP头部大小
= 1500 - 20 - 20
= 1460字节
MSS的作用
优化传输效率:
通过设置合适的MSS值,可以减少每个TCP段中的头部开销,提高传输效率。
较大的MSS可以减少每个数据包的头部开销,提高传输效率。
避免分段:
MSS的设置可以避免IP层对数据包进行分段,减少分段和重组的开销,提高传输性能。
如果TCP段的大小超过路径上的MTU,IP层会对数据包进行分段,增加网络延迟和开销。
MSS的协商
三次握手:
在TCP三次握手过程中,通信双方各自通告自己的MSS值。
客户端发送SYN包时,会在TCP头部选项字段中包含自己的MSS值。
服务器回复SYN-ACK包时,也会在TCP头部选项字段中包含自己的MSS值。
双方选择较小的MSS值作为通信的MSS。
156.网页发送和接收用到了哪些协议
在网页的发送和接收过程中,主要涉及以下几种协议:
HTTP(HyperText Transfer Protocol):
HTTP 是用于从服务器传输超文本到本地浏览器的协议。它定义了客户端和服务器之间请求和响应的格式和规则。
HTTP 通常运行在 TCP/IP 协议之上,默认端口是 80。
HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure):
HTTPS 是 HTTP 的安全版本,通过 SSL/TLS 加密数据传输,确保数据在客户端和服务器之间的传输过程中是加密的。
HTTPS 默认端口是 443。
TCP(Transmission Control Protocol):
TCP 是传输层协议,提供可靠的、面向连接的数据传输服务。HTTP 和 HTTPS 都是基于 TCP 协议进行数据传输的。
IP(Internet Protocol):
IP 是网络层协议,负责将数据包从源地址传输到目的地址。TCP 和 UDP 都是基于 IP 协议进行数据传输的。
DNS(Domain Name System):
DNS 用于将域名(如 www.example.com)解析为对应的 IP 地址,以便客户端能够找到并连接到正确的服务器。
SSL/TLS(Secure Sockets Layer / Transport Layer Security):
SSL/TLS 是用于加密通信的协议,确保数据在传输过程中的安全性。HTTPS 就是通过 SSL/TLS 来加密 HTTP 通信的。
这些协议共同协作,确保网页能够从服务器正确地发送和接收数据,并且在传输过程中保证数据的完整性和安全性。
157.网页的发送和接收,你怎么实现
实现网页的发送和接收涉及前端、后端和网络通信三个主要方面。以下是精炼的实现流程:
前端开发
HTML:定义网页结构和内容。
CSS:定义网页样式和布局。
JavaScript:实现网页交互逻辑。
后端开发
服务器端编程:使用Node.js、Python、Java等处理请求和业务逻辑。
数据库:使用MySQL、MongoDB等存储和管理数据。
网络通信
HTTP请求:客户端通过GET、POST等方法发送请求。
HTTP响应:服务器返回数据,通常是HTML、JSON等格式。
158.锁有几种
锁(Lock)在计算机科学和软件开发中是一个重要的概念,用于控制对共享资源的访问,以避免数据竞争和不一致。根据不同的实现方式和应用场景,锁可以分为以下几种主要类型:
互斥锁(Mutex):
互斥锁是最基本的锁类型,用于确保同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。
当一个线程获取到互斥锁后,其他试图获取该锁的线程将被阻塞,直到锁被释放。
读写锁(Read-Write Lock):
读写锁允许多个线程同时读取共享资源,但在写操作时只允许一个线程访问。
这种锁适用于读操作远多于写操作的场景,可以提高并发性能。
自旋锁(Spinlock):
自旋锁是一种忙等待的锁,当线程尝试获取锁失败时,它会不断循环检查锁是否可用,而不是进入阻塞状态。
自旋锁适用于锁被持有的时间非常短的场景,可以减少线程切换的开销。
条件变量(Condition Variable):
条件变量用于线程间的同步,通常与互斥锁一起使用。
线程可以等待某个条件变量,直到其他线程发出信号通知条件已满足。
信号量(Semaphore):
信号量是一种更高级的同步机制,可以用于控制对一组资源的访问。
信号量可以有初始值,表示可用资源的数量,线程在访问资源前需要获取信号量,使用完资源后释放信号量。
分布式锁(Distributed Lock):
分布式锁用于分布式系统中,确保多个节点之间的资源访问互斥。
分布式锁的实现通常依赖于分布式一致性算法,如 ZooKeeper、etcd 等。
乐观锁(Optimistic Lock):
乐观锁假设冲突不经常发生,因此在访问资源时不加锁,而是在提交更新时检查是否有冲突。
如果检测到冲突,则回滚操作或重试。
悲观锁(Pessimistic Lock):
悲观锁假设冲突经常发生,因此在访问资源时立即加锁,确保其他线程无法同时访问。
159.父子进程共享什么,不共享什么
在操作系统中,当一个进程创建子进程时,父子进程之间会共享某些资源,同时也会有一些资源是独立的。以下是父子进程共享和不共享的资源概述:
共享的资源
文件描述符:
父子进程共享打开的文件描述符,这意味着它们可以访问和操作相同的文件或设备。
信号处理函数:
父子进程共享信号处理函数,即它们对相同信号的处理方式相同。
共享内存:
如果父子进程使用共享内存段进行通信,它们可以共享内存中的数据。
mmap映射:
使用mmap系统调用创建的内存映射文件,在父子进程之间是共享的。
环境变量:
父子进程共享环境变量,即子进程会继承父进程的环境变量。
不共享的资源
进程ID:
每个进程有唯一的进程ID(PID),父子进程的PID不同。
内存空间:
父子进程有独立的内存空间,包括代码段、数据段、堆和栈。子进程会复制父进程的内存空间,但修改不会相互影响(除非使用共享内存机制)。
文件锁:
文件锁是进程特定的,父子进程不共享文件锁。
挂起的信号:
挂起的信号是进程特定的,父子进程不共享挂起的信号。
工作目录:
子进程会继承父进程的工作目录,但可以独立更改。
用户和组ID:
子进程会继承父进程的用户和组ID,但可以独立更改。
160.64位系统能打开多少个文件描述符。
在64位系统中,理论上可以打开的文件描述符数量是非常大的,因为64位系统可以寻址的内存空间非常广阔。然而,实际能够打开的文件描述符数量受到操作系统和应用程序的限制。
在Linux系统中,文件描述符的数量限制可以通过以下几个方面来调整:
系统级限制:
系统级限制可以通过修改 /etc/sysctl.conf 文件中的 fs.file-max 参数来设置。这个参数定义了整个系统可以分配的最大文件描述符数量。
例如,可以通过在 /etc/sysctl.conf 中添加 fs.file-max = 100000 来设置系统最大文件描述符数量为100000。
用户级限制:
用户级限制可以通过修改 /etc/security/limits.conf 文件来设置。这个文件定义了每个用户可以打开的最大文件描述符数量。
例如,可以通过在 /etc/security/limits.conf 中添加 * soft nofile 100000 和 * hard nofile 100000 来设置每个用户的软硬限制为100000。
会话级限制:
会话级限制可以通过 ulimit 命令来设置。这个命令可以临时修改当前会话的文件描述符限制。
例如,可以通过 ulimit -n 100000 来设置当前会话的文件描述符限制为100000。
需要注意的是,虽然64位系统理论上可以支持非常大的文件描述符数量,但实际应用中还需要考虑系统资源(如内存)的限制。过多的文件描述符可能会导致系统资源耗尽,影响系统性能和稳定性。
总结来说,64位系统能打开的文件描述符数量取决于系统配置和资源限制,通常可以通过调整系统参数来增加这个数量,但实际应用中需要根据具体情况进行合理配置。
161.怎么避免孤儿进程
使用 wait() 或 waitpid():
父进程调用 wait() 或 waitpid() 等待子进程结束,确保子进程在父进程终止前完成。
信号处理:
父进程设置 SIGCHLD 信号处理函数,在子进程结束时自动回收,避免孤儿进程产生。
162.内核和应用层是怎么通信的
内核(Kernel)和应用层(Application Layer)之间的通信是操作系统中非常重要的一个环节。这种通信确保了应用程序能够与硬件资源进行交互,同时保证了系统的稳定性和安全性。内核和应用层之间的通信主要通过以下几种机制实现:
系统调用(System Calls):
系统调用是应用程序请求内核服务的主要方式。应用程序通过特定的指令(如x86架构中的 int 0x80 或 syscall 指令)发起系统调用,将控制权转移到内核。
系统调用的参数通常通过寄存器传递,内核根据系统调用号执行相应的服务,并将结果返回给应用程序。
常见的系统调用包括文件操作(如 open, read, write)、进程控制(如 fork, exec, wait)、内存管理(如 mmap, brk)等。
中断(Interrupts):
中断是硬件或软件触发的事件,用于通知内核需要处理某些紧急或重要的事务。
硬件中断通常由外部设备(如键盘、鼠标、网络接口)触发,内核通过中断处理程序响应这些事件。
软件中断通常用于实现系统调用,应用程序通过执行特定的指令触发中断,将控制权转移到内核。
信号(Signals):
信号是一种异步通知机制,用于通知进程发生了某个事件。
信号可以由内核发送给进程,也可以由进程发送给其他进程。常见的信号包括 SIGINT(中断信号,通常由Ctrl+C触发)、SIGKILL(强制终止信号)、SIGTERM(终止信号)等。
进程可以为每个信号注册信号处理函数,当信号到达时,内核会调用相应的处理函数。
共享内存(Shared Memory):
共享内存是一种高效的进程间通信(IPC)机制,允许多个进程访问同一块内存区域。
内核负责分配和管理共享内存区域,进程可以通过系统调用(如 shmget, shmat, shmdt)来访问和操作共享内存。
管道(Pipes)和消息队列(Message Queues):
管道和消息队列是另一种进程间通信机制,用于在进程之间传递数据。
管道分为匿名管道和命名管道,匿名管道通常用于父子进程之间的通信,命名管道可以用于任意进程之间的通信。
消息队列允许进程发送和接收结构化的消息,内核负责管理消息队列,确保消息的可靠传递。
套接字(Sockets):
套接字是一种通用的网络和进程间通信机制,支持本地和远程通信。
内核提供套接字接口,应用程序可以通过系统调用(如 socket, bind, listen, accept, connect, send, recv)来创建和管理套接字,进行数据传输。
163.函数传参,这个参数保存在哪里
值传递(Pass by Value):
保存位置:参数的值会被复制到函数的形式参数中,形式参数在函数的栈帧(stack frame)中保存。
特点:函数内部对形式参数的修改不会影响调用者传入的实际参数。
引用传递(Pass by Reference):
保存位置:参数的引用(内存地址)被传递给函数,形式参数在函数的栈帧中保存的是这个地址。
特点:函数内部对形式参数的修改会直接影响调用者传入的实际参数。
指针传递(Pass by Pointer):
保存位置:参数的地址被传递给函数,形式参数在函数的栈帧中保存的是这个地址。
特点:函数内部通过解引用指针来修改实际参数的值。
对象传递(Pass by Object Reference / Pass by Sharing):
保存位置:参数的引用被传递给函数,形式参数在函数的栈帧中保存的是这个引用。
特点:函数内部对对象属性的修改会影响调用者传入的实际对象,但对对象引用的重新赋值不会影响调用者。
// 值传递示例
void modifyByValue(int x) {
x = 10;
}
int main() {
int a = 5;
modifyByValue(a);
// a 仍然是 5
return 0;
}
// 引用传递示例
void modifyByReference(int &x) {
x = 10;
}
int main() {
int a = 5;
modifyByReference(a);
// a 变成了 10
return 0;
}
// 指针传递示例
void modifyByPointer(int *x) {
*x = 10;
}
int main() {
int a = 5;
modifyByPointer(&a);
// a 变成了 10
return 0;
}
164.A发消息给C中间经过B路由器在B这做了什么事:TTL经过B会发生什么
在网络通信中,当A发送消息给C,中间经过B路由器时,B路由器会执行一系列操作来处理和转发数据包。
TTL(Time To Live)是IP数据包中的一个字段,用于防止数据包在网络中无限循环。以下是TTL在B路由器上的处理过程:
接收数据包:B路由器首先从网络接口接收到A发送的数据包。
检查TTL字段:B路由器检查数据包中的TTL字段。TTL字段表示数据包在网络中可以经过的最大路由器数量。
递减TTL:B路由器将TTL字段的值减1。如果减1后TTL值变为0,B路由器会丢弃该数据包,并向源地址(A)发送一个ICMP(Internet Control Message Protocol)超时消息,告知数据包因TTL耗尽而被丢弃。
转发数据包:如果TTL减1后不为0,B路由器会根据数据包中的目标IP地址查找路由表,确定下一跳路由器或目标主机,并将数据包转发到相应的接口。
165.TCP/UDP有无连接怎么理解?TCP的稳定体现在哪呢?UDP有奇偶校验吗(校验字段)?
TCP/UDP有无连接的理解
TCP(Transmission Control Protocol):
TCP 是一种面向连接的协议。在数据传输之前,发送方和接收方必须先建立连接,这个过程称为三次握手(Three-Way Handshake)。
三次握手过程如下:
发送方发送一个 SYN(同步)包到接收方。
接收方回复一个 SYN-ACK(同步-确认)包。
发送方再回复一个 ACK(确认)包,连接建立完成。
数据传输完成后,双方还需要通过四次挥手(Four-Way Handshake)来关闭连接。
UDP(User Datagram Protocol):
UDP 是一种无连接的协议。发送方和接收方之间不需要建立连接,可以直接发送数据包(称为数据报)。
UDP 没有连接建立和关闭的过程,因此传输速度较快,但可靠性较低。
TCP 的稳定性主要体现在以下几个方面:
可靠性:
TCP 通过确认机制(ACK)和重传机制来确保数据的可靠传输。接收方收到数据后会发送确认包(ACK),如果发送方在一定时间内没有收到 ACK,会重新发送数据。
流量控制:
TCP 使用滑动窗口机制来进行流量控制,确保发送方的发送速率不会超过接收方的处理能力。
拥塞控制:
TCP 通过拥塞窗口机制来控制网络中的数据流量,避免网络拥塞。当网络拥塞时,TCP 会减少发送窗口的大小,降低发送速率。
有序性:
TCP 保证数据包按顺序到达接收方。每个数据包都有一个序列号,接收方根据序列号重新组装数据。
UDP的奇偶校验
UDP 本身没有内置的奇偶校验机制,但 UDP 数据报文中的校验和(Checksum)字段可以用于检测数据在传输过程中的错误。
校验和(Checksum):
UDP 的校验和字段用于验证数据在传输过程中是否发生了错误。发送方计算校验和并将其包含在 UDP 数据报中,接收方收到数据后重新计算校验和,并与发送方的校验和进行比较。
如果校验和不匹配,说明数据在传输过程中可能发生了错误,接收方可以选择丢弃该数据报。
总结来说,TCP 通过建立连接、确认机制、流量控制和拥塞控制等机制确保数据的可靠传输,而 UDP 虽然速度快但可靠性较低,通过校验和字段来检测数据错误。
166.快速地址重用;用来解决什么问题?
快速地址重用(Rapid Address Reuse)通常指的是在网络通信中,为了提高效率和减少资源占用,快速地重复使用已经分配的地址或端口。这种技术主要用于解决以下几个问题:
端口耗尽问题:
问题描述:在TCP/IP通信中,每个连接都需要一个唯一的源端口和目标端口。如果系统中可用的端口数量有限,当大量短连接建立和关闭时,可能会导致端口耗尽,无法建立新的连接。
解决方案:通过快速地址重用技术,可以在连接关闭后迅速重用端口,从而避免端口耗尽问题。
资源优化:
问题描述:每次建立新的连接都需要分配和初始化资源,如内存、CPU时间等。频繁地建立和关闭连接会消耗大量系统资源。
解决方案:通过快速重用地址和端口,可以减少资源分配和初始化的开销,提高系统资源的利用效率。
连接延迟:
问题描述:在某些应用场景中,如实时通信或高频交易,连接的建立和关闭延迟可能会影响应用性能。
解决方案:快速地址重用可以减少连接建立的时间,从而降低连接延迟,提高应用的响应速度。
167.为什么要有自旋锁,应用在什么场景处理?
自旋锁的概念和应用场景
自旋锁(Spinlock)是一种基于忙等待的锁机制。当一个线程尝试获取自旋锁失败时,它会不断循环检查锁是否可用,而不是进入阻塞状态。自旋锁主要应用于以下场景:
锁被持有的时间非常短:
如果锁被持有的时间非常短,使用自旋锁可以减少线程切换的开销。因为线程在等待锁时不会进入阻塞状态,避免了上下文切换的消耗。
多核处理器环境:
在多核处理器环境中,自旋锁可以更高效地利用CPU资源。因为等待锁的线程可以在同一个CPU核心上自旋,而其他CPU核心可以继续执行其他任务。
实时系统:
在实时系统中,线程的响应时间非常重要。使用自旋锁可以减少线程被阻塞的时间,提高系统的响应速度。
自旋锁的优缺点
优点:
减少上下文切换:自旋锁避免了线程进入阻塞状态,减少了上下文切换的开销。
提高响应速度:在多核处理器环境中,自旋锁可以更快地获取锁,提高系统的响应速度。
缺点:
消耗CPU资源:自旋锁在等待锁时会不断循环检查,消耗CPU资源。如果锁被持有的时间较长,自旋锁会浪费大量的CPU时间。
可能导致饥饿:如果多个线程同时竞争自旋锁,可能会导致某些线程长时间无法获取锁,出现饥饿现象。
自旋锁的设计是为了在某些特定场景下提高性能和响应速度。虽然自旋锁会消耗CPU资源,但在锁被持有时间非常短的情况下,自旋锁可以减少线程切换的开销,提高系统的整体性能。
在实际应用中,是否使用自旋锁需要根据具体的应用场景和性能需求进行权衡。如果锁被持有的时间较长,或者系统对CPU资源的消耗非常敏感,可能需要考虑使用其他类型的锁机制(如互斥锁)来避免自旋锁的缺点。
总结来说,自旋锁适用于锁被持有时间非常短、多核处理器环境和实时系统等场景,可以减少上下文切换的开销,提高系统的响应速度,但也会消耗CPU资源。
168.反汇编的命令
反汇编是将机器码(二进制代码)转换回人类可读的汇编语言指令的过程。不同的操作系统和工具提供了不同的反汇编命令。以下是一些常见的反汇编命令及其使用方法:
1. objdump(Linux)
objdump 是一个强大的工具,可以用于反汇编二进制文件。
objdump -d <binary_file>
例如:
objdump -d /bin/ls
2. ndisasm(Windows/Linux)
ndisasm 是 NASM 汇编器附带的一个反汇编工具。
ndisasm -b <bitness> <binary_file>
例如:
ndisasm -b 32 myfile.bin
3. gdb(GNU调试器)
gdb 不仅可以用于调试,还可以用于反汇编。
gdb -batch -ex "file <binary_file>" -ex "disassemble /r <function>"
例如:
gdb -batch -ex "file /bin/ls" -ex "disassemble /r main"
169.创建新的进程为什么要fork+exec
在Unix和类Unix操作系统中,创建新的进程通常使用 fork 和 exec 组合的方式。这种设计有其历史原因和实际应用的考虑,主要原因如下:
1. fork 系统调用
复制进程:fork 系统调用用于创建一个几乎完全相同的新进程,称为子进程。子进程是父进程的副本,拥有父进程的内存空间、文件描述符、寄存器状态等。
并发执行:fork 之后,父进程和子进程并发执行,各自独立运行。
2. exec 系统调用
替换进程映像:exec 系统调用用于将当前进程的映像替换为一个新的程序。这意味着当前进程的代码、数据和堆栈都会被新程序的代码、数据和堆栈所替换。
执行新程序:exec 之后,当前进程将开始执行新的程序,原有的代码和数据不再存在。
为什么需要 fork + exec 组合
资源继承:
通过 fork,子进程继承了父进程的资源,如打开的文件描述符、环境变量、信号处理函数等。这些资源在执行新程序时可能仍然有用。
例如,shell 在执行命令时,需要继承标准输入、输出和错误流,以及环境变量等。
并发控制:
fork 之后,父进程和子进程可以并发执行,父进程可以继续执行其他任务,而子进程执行新程序。
父进程可以通过 wait 系统调用等待子进程结束,从而实现进程间的同步。
错误处理:
fork 之后,子进程可以检查 exec 是否成功。如果 exec 失败,子进程可以进行错误处理,如打印错误信息、恢复原有状态等。
灵活性:
fork + exec 组合提供了极大的灵活性。子进程可以在 exec 之前进行一些准备工作,如修改环境变量、关闭不需要的文件描述符等。
170.调试多线程的方法
调试多线程程序的方法:
使用调试器:
GDB:info threads查看线程,thread <id>切换线程,break设置断点,run运行,next单步,continue继续。
Visual Studio:图形化界面,查看和切换线程,使用断点和单步执行。
日志记录:
添加详细日志,记录线程执行路径和状态。
使用同步原语:
使用互斥锁、条件变量等控制线程执行顺序,减少并发问题。
专门调试工具:
Helgrind:检测竞态条件和死锁。
ThreadSanitizer:检测数据竞争。
代码审查和单元测试:
仔细审查代码,编写单元测试模拟并发场景,验证程序正确性。
171.包的组成
在计算机网络中,数据包(Packet)是网络通信的基本单位,用于在网络中传输数据。数据包通常由以下几个部分组成:
1. 包头(Header)
包头包含了一些控制信息,用于描述数据包的属性和传输过程中的管理信息。包头的具体内容和格式取决于所使用的网络协议。常见的包头字段包括:
源地址(Source Address):发送方的地址,通常是IP地址。
目的地址(Destination Address):接收方的地址,通常是IP地址。
协议类型(Protocol Type):指示上层协议的类型,如TCP、UDP等。
包长度(Packet Length):数据包的总长度,包括包头和数据部分。
校验和(Checksum):用于检测包头在传输过程中是否发生错误。
序列号(Sequence Number):在某些协议中,用于标识数据包的顺序。
控制信息(Control Information):如标志位(Flags)、窗口大小(Window Size)等,用于流量控制和拥塞控制。
2. 数据(Data)
数据部分是实际要传输的信息,可以是任意类型的数据,如文本、图像、音频、视频等。数据部分的长度可以根据网络协议和传输需求进行调整。
3. 包尾(Trailer)
包尾通常包含一些附加信息,用于确保数据的完整性和正确性。常见的包尾字段包括:
校验和(Checksum):用于检测数据部分在传输过程中是否发生错误。
帧校验序列(Frame Check Sequence, FCS):在某些链路层协议中,用于检测数据帧的错误。
示例:以太网帧结构
以太网(Ethernet)是一种常见的局域网技术,其数据帧结构如下:
前导码(Preamble):7字节,用于同步接收方的时钟。
帧开始符(Start of Frame Delimiter, SFD):1字节,表示帧的开始。
目的地址(Destination Address):6字节,接收方的MAC地址。
源地址(Source Address):6字节,发送方的MAC地址。
类型/长度(Type/Length):2字节,指示上层协议类型或数据长度。
数据(Data):46-1500字节,实际传输的数据。
帧校验序列(Frame Check Sequence, FCS):4字节,用于检测帧的错误。
示例:IP数据包结构
IP(Internet Protocol)数据包的结构如下:
版本(Version):4位,指示IP协议的版本,如IPv4。
头长度(Header Length):4位,指示IP头部的长度。
服务类型(Type of Service, TOS):8位,指示数据包的优先级和处理要求。
总长度(Total Length):16位,指示数据包的总长度,包括头部和数据部分。
标识(Identification):16位,用于标识数据包的分片。
标志(Flags):3位,用于控制数据包的分片和重组。
片偏移(Fragment Offset):13位,指示分片在原始数据包中的位置。
生存时间(Time to Live, TTL):8位,指示数据包在网络中的最大跳数。
协议(Protocol):8位,指示上层协议的类型,如TCP、UDP。
头部校验和(Header Checksum):16位,用于检测IP头部的错误。
源地址(Source Address):32位,发送方的IP地址。
目的地址(Destination Address):32位,接收方的IP地址。
选项(Options):可变长度,用于扩展IP头部的功能。
数据(Data):可变长度,实际传输的数据。
示例:TCP数据包结构
TCP(Transmission Control Protocol)数据包的结构如下:
源端口(Source Port):16位,发送方的端口号。
目的端口(Destination Port):16位,接收方的端口号。
序列号(Sequence Number):32位,用于标识数据包的顺序。
确认号(Acknowledgment Number):32位,用于确认接收到的数据。
数据偏移(Data Offset):4位,指示TCP头部的长度。
保留(Reserved):6位,保留字段。
标志(Flags):6位,包括SYN、ACK、FIN等标志位。
窗口大小(Window Size):16位,用于流量控制。
校验和(Checksum):16位,用于检测TCP头部的错误。
紧急指针(Urgent Pointer):16位,用于指示紧急数据的位置。
选项(Options):可变长度,用于扩展TCP头部的功能。
数据(Data):可变长度,实际传输的数据。
172.TCP如何实现可靠通信
TCP(Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的传输层协议。它通过一系列机制来确保数据的可靠传输,主要体现在以下几个方面:
1. 确认机制(Acknowledgment)
TCP使用确认机制来确保数据的可靠传输。发送方发送数据后,会启动一个定时器,等待接收方的确认(ACK)。如果接收方成功收到数据,会发送一个ACK包给发送方,表示数据已经正确接收。如果发送方在定时器超时之前没有收到ACK,会认为数据丢失,并重新发送数据。
2. 序列号(Sequence Number)
TCP为每个数据包分配一个唯一的序列号。接收方根据序列号来重组数据包,确保数据按顺序到达。如果接收方收到的数据包乱序,可以根据序列号重新排序。
3. 重传机制(Retransmission)
如果发送方在一定时间内没有收到ACK,会认为数据包丢失,并重新发送该数据包。重传机制确保了数据的可靠传输,即使数据在传输过程中丢失,也能通过重传恢复。
4. 流量控制(Flow Control)
TCP使用滑动窗口机制来进行流量控制。发送方和接收方各自维护一个窗口大小,表示当前可以发送或接收的数据量。发送方根据接收方的窗口大小来调整发送速率,避免发送速率过快导致接收方无法处理。
5. 拥塞控制(Congestion Control)
TCP通过拥塞窗口机制来控制网络中的数据流量,避免网络拥塞。当网络拥塞时,TCP会减少发送窗口的大小,降低发送速率。常见的拥塞控制算法包括慢启动(Slow Start)、拥塞避免(Congestion Avoidance)、快速重传(Fast Retransmit)和快速恢复(Fast Recovery)。
6. 校验和(Checksum)
TCP头部和数据部分都包含校验和字段,用于检测数据在传输过程中是否发生错误。接收方收到数据后,会重新计算校验和,并与发送方的校验和进行比较。如果校验和不匹配,说明数据在传输过程中发生了错误,接收方会丢弃该数据包。
7. 连接管理(Connection Management)
TCP通过三次握手(Three-Way Handshake)来建立连接,确保双方都能正确接收和发送数据。数据传输完成后,通过四次挥手(Four-Way Handshake)来关闭连接,确保双方都能正确释放资源。
173.如何设置产生corejump,如何查看coredump的调用栈信息
在调试过程中,生成和查看核心转储文件(core dump)是非常有用的,因为它可以帮助你了解程序在崩溃时的状态。以下是如何设置产生core dump以及如何查看core dump的调用栈信息的步骤:
1. 设置产生Core Dump
1.1 设置ulimit(Linux)
首先,确保系统允许生成core dump文件。你可以使用ulimit命令来设置core文件的大小限制。
ulimit -c unlimited
这将允许生成任意大小的core dump文件。你也可以设置一个具体的大小,例如:
ulimit -c 1024
这将限制core dump文件的大小为1024 KB。
1.2 配置core dump文件的存储路径(Linux)
默认情况下,core dump文件会生成在程序的工作目录下。你可以通过修改/proc/sys/kernel/core_pattern文件来指定core dump文件的存储路径和命名规则。
echo "/var/crash/core.%e.%p.%h.%t" | sudo tee /proc/sys/kernel/core_pattern
这将把core dump文件存储在/var/crash目录下,并使用程序名、进程ID、主机名和时间戳来命名文件。
2. 生成Core Dump
运行你的程序,使其崩溃。崩溃时,系统会自动生成一个core dump文件。
3. 查看Core Dump的调用栈信息
3.1 使用GDB查看Core Dump
你可以使用GDB来加载core dump文件,并查看调用栈信息。
gdb -c <core_file> <executable>
例如:
gdb -c /var/crash/core.myprogram.1234.myhost.1609459200 myprogram
进入GDB后,可以使用以下命令查看调用栈信息:
bt:显示完整的调用栈。
bt full:显示完整的调用栈及局部变量。
up 和 down:在调用栈中上下移动。
info locals:显示当前栈帧的局部变量。
info args:显示当前栈帧的参数。
声明
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