操作系统常见面试题

1、线程与进程的区别联系

2、进程通信方式有哪些？

3、同步的方式有哪些？

4、ThreadLocal与其它同步机制的比较

5、进程死锁的条件

第一题见：http://289972458.iteye.com/blog/1325189

第二题：

进程间通讯的方式：

• 管道中还有命名管道和非命名管道之分，非命名管道只能用于父子进程通讯，命名管道可用于非父子进程，命名管道就是FIFO，管道是先进先出的通讯方式。FIFO是一种先进先出的队列。它类似于一个管道，只允许数据的单向流动。每个FIFO都有一个名字，允许不相关的进程访问同一个FIFO，因此也成为命名管。
• 消息队列：是用于两个进程之间的通讯，首先在一个进程中创建一个消息队列，然后再往消息队列中写数据，而另一个进程则从那个消息队列中取数据。需要注意的是，消息队列是用创建文件的方式建立的，如果一个进程向某个消息队列中写入了数据之后，另一个进程并没有取出数据，即使向消息队列中写数据的进程已经结束，保存在消息队列中的数据并没有消失，也就是说下次再从这个消息队列读数据的时候，就是上次的数据！！！
• 信号量， 不能传递复杂消息，只能用来同步
• 共享内存，只要首先创建一个共享内存区，其它进程按照一定的步骤就能访问到这个共享内存区中的数据，当然可读可写；

几种方式的比较：

• 管道：速度慢，容量有限
• 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题。
• 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
• 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了一块内存的。

第三题：

线程同步指多个线程同时访问某资源时，采用一系列的机制以保证同时最多只能一个线程访问该资源。线程同步是多线程中必须考虑和解决的问题，因为很可能发生多个线程同时访问（主要是写操作）同一资源，如果不进行线程同步，很可能会引起数据混乱，造成线程死锁等问题；

线程同步的方式：

• 临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问
• 互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的
• 信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计
• 事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始

总结比较：

• 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。
• 互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。
• 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数器。

第四题：

ThreadLocal和其它所有的同步机制都是为了解决多线程中的对同一变量的访问冲突，在普通的同步机制中，是通过对象加锁来实现多个线程对同一变量的安全访问的。这时该变量是多个线程共享的，使用这种同步机制需要很细致地分析在什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放该对象的锁等等很多。所有这些都是因为多个线程共享了资源造成的。ThreadLocal就从另一个角度来解决多线程的并发访问，ThreadLocal会为每一个线程维护一个和该线程绑定的变量的副本，从而隔离了多个线程的数据，每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的整个变量封装进ThreadLocal，或者把该对象的特定于线程的状态封装进ThreadLocal。由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，所以使用ThreadLocal get当前线程的值是需要进行强制类型转换。但随着新的Java版本（1.5）将模版的引入，新的支持模版参数的ThreadLocal<T>类将从中受益。也可以减少强制类型转换，并将一些错误检查提前到了编译期，将一定程度地简化ThreadLocal的使用。

总结：当然ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有效方式；而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量），这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以，如果你需要进行多个线程之间进行通信，则使用同步机制；如果需要隔离多个线程之间的共享冲突，可以使用ThreadLocal，这将极大地简化你的程序，使程序更加易读、简洁。

第五题：

什么是死锁？如果一个进程集合里面的每个进程都在等待只能由这个集合中的其他一个进程（包括他自身）才能引发的事件，这种情况就是死锁；

这个定义可能有点拗口，一个最简单的例子就是有资源A和资源B，都是不可剥夺资源，现在进程C已经申请了资源A，进程D也申请了资源B，进程C接下来的操作需要用到资源B，而进程D恰好也在申请资源A，那么就引发了死锁。这个肯定每个人都看过了。然后套用回去定义：如果一个进程集合里面（进程C和进程D）的每个进程（进程C和进程D）都在等待只能由这个集合中的其他一个进程（对于进程C，他在等进程D；对于进程D，他在等进程C）才能引发的事件（释放相应资源）；

这里的资源包括了软的资源（代码块）和硬的资源（例如扫描仪）。资源一般可以分两种：可剥夺资源（Preemptable）和不可剥夺资源（Nonpreemptable）。一般来说对于由可剥夺资源引起的死锁可以由系统的重新分配资源来解决，所以一般来说大家说的死锁都是由于不可剥夺资源所引起的；

死锁的四个必要条件：

• 互斥条件（Mutual exclusion）：资源不能被共享，只能由一个进程使用。
• 请求与保持条件（Hold and wait）：已经得到资源的进程可以再次申请新的资源。
• 非剥夺条件（No pre-emption）：已经分配的资源不能从相应的进程中被强制地剥夺。
• 循环等待条件（Circular wait）：系统中若干进程组成环路，改环路中每个进程都在等待相邻进程正占用的资源。

处理死锁的策略：

• 忽略该问题。例如鸵鸟算法，该算法可以应用在极少发生死锁的的情况下。为什么叫鸵鸟算法呢，因为传说中鸵鸟看到危险就把头埋在地底下，可能鸵鸟觉得看不到危险也就没危险了吧。跟掩耳盗铃有点像；
• 检测死锁并且恢复；
• 仔细地对资源进行动态分配，以避免死锁；
• 通过破除死锁四个必要条件之一，来防止死锁产生；