20201126-基础题总结

简述 socket 中 select 与 epoll 的使用场景以及区别,epoll 中水平触发以及边缘触发有什么不同?

(1)select==>时间复杂度O(n)

它仅仅知道了,有I/O事件发生了,却并不知道是哪那几个流(可能有一个,多个,甚至全部),我们只能无差别轮询所有流,找出能读出数据,或者写入数据的流,对他们进行操作。所以select具有O(n)的无差别轮询复杂度,同时处理的流越多,无差别轮询时间就越长。

(2)poll==>时间复杂度O(n)

poll本质上和select没有区别,它将用户传入的数组拷贝到内核空间,然后查询每个fd对应的设备状态, 但是它没有最大连接数的限制,原因是它是基于链表来存储的.

(3)epoll==>时间复杂度O(1)

epoll可以理解为event poll,不同于忙轮询和无差别轮询,epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动(每个事件关联上fd)的,此时我们对这些流的操作都是有意义的。(复杂度降低到了O(1))

select,poll,epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就通过一种机制,可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作。但select,poll,epoll本质上都是同步I/O,因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写,也就是说这个读写过程是阻塞的,而异步I/O则无需自己负责进行读写,异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

epoll跟select都能提供多路I/O复用的解决方案。在现在的Linux内核里有都能够支持,其中epoll是Linux所特有,而select则应该是POSIX所规定,一般操作系统均有实现。

epoll 中水平触发以及边缘触发有什么不同?

水平触发(LT,Level Trigger):当文件描述符就绪时,会触发通知,如果用户程序没有一次性把数据读/写完,下次还会发出可读/可写信号进行通知。

边缘触发(ET,Edge Trigger):仅当描述符从未就绪变为就绪时,通知一次,之后不会再通知。

区别:边缘触发效率更高,减少了事件被重复触发的次数,函数不会返回大量用户程序可能不需要的文件描述符。

Linux 进程调度中有哪些常见算法以及策略?

进程调度:在操作系统中调度是指一种资源分配。

调度算法是指: 根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。

  • 先到先服务(FCFS)调度算法 : 从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程为之分配资源,使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 短作业优先(SJF)的调度算法 : 从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程为之分配资源,使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 时间片轮转调度算法 : 时间片轮转调度是一种最古老,最简单,最公平且使用最广的算法,又称 RR(Round robin)调度。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。
  • 多级反馈队列调度算法 :前面介绍的几种进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法,仅照顾了短进程而忽略了长进程 。多级反馈队列调度算法既能使高优先级的作业得到响应又能使短作业(进程)迅速完成。,因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法,UNIX 操作系统采取的便是这种调度算法。
    • 规则1: A优先级>B优先级 执行A
    • 规则2: A优先级=B优先级 A和B轮转执行
    • 规则3: 工作进入系统时,放在最高优先级
    • 规则4: 一旦工作用完了在某一层中的时间配额,就降低优先级
    • 规则5: 经过一段时间S,就将系统中的所有工作重新加入最高优先级
  • 优先级调度 : 为每个流程分配优先级,首先执行具有最高优先级的进程,依此类推。具有相同优先级的进程以 FCFS 方式执行。可以根据内存要求,时间要求或任何其他资源要求来确定优先级。

操作系统如何申请以及管理内存的?

从操作系统角度来看,进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk()和mmap()
1.brk是将数据段的最高地址指针_edata往高地址推;
2.mmap是在进程的虚拟地址空间中(堆和栈中间,文件映射区)找一块空闲的虚拟内存。

这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系

在标准的C库中,提供了malloc 函数:申请内存,free 函数:释放内存

如何管理内存

  1. 块式管理 : 远古时代的计算机操系统的内存管理方式。将内存分为几个固定大小的块,每个块中只包含一个进程。如果程序运行需要内存的话,操作系统就分配给它一块,如果程序运行只需要很小的空间的话,分配的这块内存很大一部分几乎被浪费了。这些在每个块中未被利用的空间,我们称之为碎片。
  2. 页式管理 :把主存分为大小相等且固定的一页一页的形式,页较小,相对相比于块式管理的划分力度更大,提高了内存利用率,减少了碎片。页式管理通过页表对应逻辑地址和物理地址。
  3. 段式管理 : 页式管理虽然提高了内存利用率,但是页式管理其中的页实际并无任何实际意义。 段式管理把主存分为一段段的,每一段的空间又要比一页的空间小很多 。但是,最重要的是段是有实际意义的,每个段定义了一组逻辑信息,例如,有主程序段 MAIN、子程序段 X、数据段 D 及栈段 S 等。 段式管理通过段表对应逻辑地址和物理地址。
  4. 段页式管理机制 :段页式管理机制结合了段式管理和页式管理的优点。简单来说段页式管理机制就是把主存先分成若干段,每个段又分成若干页,也就是说 段页式管理机制 中段与段之间以及段的内部的都是离散的。