os总结

进程和线程的区别

进程

• 进程是OS的资源分配单位，它包含了程序执行所需要的资源，如内存空间、文件句柄等，是一个程序的运行的实例
• 进程是独立调度和运行的，每个进程都有自己的PCB，OS通过调度算法决定给每个进程的CPU时间
• 进程的创建和销毁开销很大，因为需要为进程分配和释放资源，包括内存空间、文件句柄等
• 进程间的通信（IPC）相对复杂，需要使用特定的机制（管道、消息队列、共享内存等来实现）

线程

• 线程是CPU的最小调度单位，线程是进程的一部分，共享进程的资源，包括代码段、数据段、打开的文件等，每个线程都有自己的栈空间和寄存器上下文
• 线程是由进程创建和控制的，线程共享进程的地址空间和其他子啊云，线程的调度更轻量级
• 创建和销毁的开销小

堆和栈的区别

栈（Stack）

1. 内存分配方式：
   • 栈内存是连续分配的。
   • 每个函数调用都会在栈上分配一块内存，函数结束时这块内存会自动释放。
2. 分配速度：
   • 栈内存分配和释放非常快，因为它遵循LIFO（后进先出）的原则。
3. 存储内容：
   • 栈主要存储函数的局部变量、参数和返回地址。
4. 大小限制：
   • 栈的大小是有限的，通常由操作系统或运行时环境设置。如果栈空间用尽，会导致栈溢出（stack overflow）。
5. 生命周期：
   • 栈上分配的变量在函数调用结束后自动释放。

堆（Heap）

1. 内存分配方式：
   • 堆内存是动态分配的，内存块可以在程序运行时任意分配和释放。
2. 分配速度：
   • 堆内存分配比栈内存分配要慢，因为需要复杂的内存管理操作，如垃圾回收（Garbage Collection）。
3. 存储内容：
   • 堆主要用于存储那些需要在多个函数之间共享的数据，或者生命周期不局限于单个函数调用的变量。
4. 大小限制：
   • 堆的大小通常只受系统总内存的限制。
5. 生命周期：
   • 堆上分配的变量由程序员手动控制其生命周期，或者由垃圾回收器自动管理。

在Go语言中，内存的分配方式取决于变量的生命周期和作用域。编译器会决定变量是分配在栈上还是堆上。以下是一些具体情况：

• 短生命周期的局部变量通常分配在栈上。
• 跨函数调用的变量或需要在函数返回后仍然存活的变量，通常会被分配在堆上。

内存使用场景

• 栈：适合存储生命周期短、占用内存小的变量，如函数参数、局部变量。
• 堆：适合存储生命周期长、占用内存大的数据结构，如动态数组、链表、树等。

常用的CPU调度算法

• 先来先服务 first-come-first-in
• 最短作业优先 shortest-job-first
• 最短剩余时间优先 shortest-remaining-time-first
• 优先级调度 priority-scheduling
• 时间片轮转 round-robin–scheduling
• 多级反馈队列调度 multi-feedback-queue-scheduling

什么是中断

用户态和内核态

用户态和内核态有什么区别

主要体现在对系统资源的访问权限和功能上

• 用户态
  • 在用户态下，程序运行在受限的环境中，只能访问有限的系统资源，如内存、CPU等。
  • 用户态下的程序不能直接访问操作系统的核心功能和敏感资源，如IO设备、内核数据结构等，而是通过系统调用（System Call）来请求内核提供服务。
  • 大多数用户应用程序都运行在用户态，例如浏览器、文本编辑器、游戏等。
• 内核态：
  • 内核态是操作系统的特权级别，拥有对系统所有资源和功能的完全访问权限。
  • 内核态下的程序可以直接访问和控制系统的硬件资源和核心功能，如对内存管理、进程管理、设备驱动等进行操作。
  • 内核态下运行的代码通常是操作系统内核的一部分，如调度器、设备驱动程序等。

用户态和内核态之间的切换是通过系统调用来实现的。当用户程序需要执行特权操作时，如请求文件IO、申请内存等，会触发系统调用，将控制权从用户态切换到内核态，内核执行相应的系统服务，然后将结果返回给用户程序，并将控制权切换回用户态。

用户态到内核态的切换方式

用户态到内核态的切换通常通过系统调用（System Call）、硬件中断（Hardware Interrupt）和异常（Exception）来实现：

1. 系统调用（System Call）：
   • 应用程序需要操作系统服务（如文件操作、网络通信等）时，会通过系统调用进入内核态。
   • 例如，在Linux中，read、write等函数会触发系统调用。
2. 硬件中断（Hardware Interrupt）：
   • 硬件设备（如键盘、网卡）需要操作系统处理时，会触发中断请求，使CPU进入内核态。
   • 操作系统内核中的中断处理程序会处理这些请求。
3. 异常（Exception）：
   • 当应用程序发生异常（如除零错误、非法内存访问）时，CPU会切换到内核态，交由内核处理。

用户态到内核态的切换过程

以下是用户态切换到内核态的典型过程：

1. 触发条件：应用程序执行系统调用或硬件中断发生。
2. 保存上下文：CPU保存当前用户态的CPU寄存器状态到内核栈中。
3. 切换模式：CPU切换到内核态，改变当前的模式标志。
4. 执行内核代码：内核开始执行对应的系统调用处理程序或中断处理程序。
5. 恢复上下文：内核处理完请求后，恢复保存的用户态CPU寄存器状态。
6. 返回用户态：内核完成处理，CPU切换回用户态，继续执行用户程序。

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