1.请你说一下进程与线程的概念，其中有什么区别，他们各自又是怎么同步的
基本概念：
是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的的基本单位，实现了操作系统的并发；
线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发；
区别：
1.一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程。线程依赖于进程而存在。
2.进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存。（资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段（代码和常量），数据段（全局变量和静态变量），扩展段（堆存储）。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。）
3.进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位；
4.系统开销进程切换的开销也远大于线程切换的开销。
5.通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。在有的系统中，线程的切换、同步和通信都无须操作系统内核的干预
6.进程编程调试简单可靠性高，但是创建销毁开销大；线程正相反，开销小，切换速度快，但是编程调试相对复杂。
7.进程间不会相互影响 ；线程一个线程挂掉将导致整个进程挂掉
8.进程适应于多核、多机分布；线程适用于多核
2.进程间通信的方式：
进程间通信主要包括管道、系统IPC（包括消息队列、信号量、信号、共享内存等）、以及套接字socket。
1.管道：
管道主要包括无名管道和命名管道:管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信
1.1 普通管道PIPE：
1)它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端
2)它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）
3)它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
1.2 命名管道FIFO：
1)FIFO可以在无关的进程之间交换数据
2)FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
2. 系统IPC：
2.1 消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符来标记。具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息；
2.2 信号量semaphore
信号量（semaphore）是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。
2.3 信号signal
信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
2.4 共享内存（Shared Memory）
它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等
3.套接字SOCKET：
socket也是一种进程间通信机制，它可用于不同主机之间的进程通信。
3.线程间通信的方式
- 临界区：通过多线程的串行化来访问公共资源，速度快，适合控制数据访问；
- 互斥量Synchronized/Lock：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问
- 信号量Semphare：为控制具有有限数量的用户资源而设计的，它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。
- 事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作
4.进程调度方法详细介绍
批处理系统：
1.先来先服务
2.短作业优先
3.高响应比优先
交互式系统
1.时间片轮转算法
2.优先级调度算法
3.多级反馈算法
5.页面置换方法详细介绍
1.（OPT）最佳置换算法
2.（FIFO）先进先出算法
3.（LRU）最近最久未使用算法
class LRUCache{
public:
LRUCache(int capacity) {
cap = capacity;
}
int get(int key) {
auto it = m.find(key);
if (it == m.end()) return -1;
l.splice(l.begin(), l, it->second);
return it->second->second;
}
void put(int key, int value) {
auto it = m.find(key);
if (it != m.end()) l.erase(it->second);
l.push_front(make_pair(key, value));
m[key] = l.begin();
if (m.size() > cap) {
int k = l.rbegin()->first;
l.pop_back();
m.erase(k);
}
}
private:
int cap;
list<pair<int, int>> l;
unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> m;
};
6.请你说一说死锁发生的条件以及如何解决死锁
死锁是指两个或两个以上进程在执行过程中，因争夺资源而造成的下相互等待的现象。死锁发生的四个必要条件：互斥、占有且等待、不可抢占、循环等待
解决死锁的方法如下：
1.资源一次性分配，从而剥夺请求和保持条件
2.可剥夺资源：即当进程新的资源未得到满足时，释放已占有的资源，从而破坏不可剥夺的条件
3.资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个序号，每个进程按编号递增的请求资源，释放则相反，从而破坏环路等待的条件
7.生产者消费者问题，读者写者问题
描述了一组生产者与一组消费者，它们共享一个有界缓冲池，生产者向池中投入产品，消费者从池中取得产品。假定缓冲池中有 N 个缓冲区，每个缓冲区只能存放一个类型为 item 的产品，而所有的生产者和消费者是相互等效的，则需要为该问题设置三个信号量：互斥信号量 mutex，用于实现对缓冲池的互斥访问，其初值为 1；资源信号量 empty，用来表示空闲缓冲区的数量，其初值为 n；资源信号量 full，用来表示满缓冲区的数量，即缓冲池中可供消费的产品数量，其初值为 0。empty 和 full 用来同步生产者和消费者进程，即当缓冲池全空时，消费者进程必须等待；缓冲池全满时，生产者进程必须等待。
int in = 0, out = 0;
Item buffer[N];
semaphore mutex, empty, full;//互斥信号量，资源信号量空和满
void producer()
{
while(1)
{
produce an item nextp;
P(empty);//向空闲缓冲区信号量empty中申请一个，如果没有，则阻塞该进程；如果有，则继续执行
P(mutex);//临界区资源需要使用互斥量，保证只有一个线程可以访问，避免多线程访问冲突。
buffer[in] = nextp;
in = (in + 1) % N;
V(mutex);//释放一个信号量，临界区访问结束
V(full);//满缓冲区信号量full中加 1
}
}
void consumer()
{
while(1)
{
P(full);//向满缓冲区信号量full申请一个，如果没有，则阻塞该进程；如果有，则继续执行
P(mutex);//同理，临界区资源需要互斥访问
nextc = buffer[out];
out = (out + 1) % N;
V(mutex);
V(empty);//空闲缓冲区empty中加 1
consume the item in nextc
...
}
}
读者写者问题。读写公平型伪代码。
semaphore rw=1;//用于实现对文件的互斥访问
semaphore mutex=1;//用于实现对count 的互斥访问
semaphore w=1;//用于实现写优先
int count=0;//用于记录有多少个进程同时在访问文件
writer()
{
while(1)
{
P(w);
P(rw);
写文件；
V(rw);
V(w);
}
}
reader()
{
while(1)
{
P(w);
P(mutex);
if(count==0)
P(rw);
count++;
V(mutex);
读文件；
P(mutex);
count--;
if(count==0)
V(rw);
V(w);
}
}
8. Linux的4种锁机制：
互斥锁：mutex，用于保证在任何时刻，都只能有一个线程访问该对象。当获取锁操作失败时，线程会进入睡眠，等待锁释放时被唤醒
读写锁：rwlock，分为读锁和写锁。处于读操作时，可以允许多个线程同时获得读操作。但是同一时刻只能有一个线程可以获得写锁。其它获取写锁失败的线程都会进入睡眠状态，直到写锁释放时被唤醒。 注意：写锁会阻塞其它读写锁。当有一个线程获得写锁在写时，读锁也不能被其它线程获取；写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）。适用于读取数据的频率远远大于写数据的频率的场合。
自旋锁：spinlock，在任何时刻同样只能有一个线程访问对象。但是当获取锁操作失败时，不会进入睡眠，而是会在原地自旋，直到锁被释放。这样节省了线程从睡眠状态到被唤醒期间的消耗，在加锁时间短暂的环境下会极大的提高效率。但如果加锁时间过长，则会非常浪费CPU资源。
RCU：即read-copy-update，在修改数据时，首先需要读取数据，然后生成一个副本，对副本进行修改。修改完成后，再将老数据update成新的数据。使用RCU时，读者几乎不需要同步开销，既不需要获得锁，也不使用原子指令，不会导致锁竞争，因此就不用考虑死锁问题了。而对于写者的同步开销较大，它需要复制被修改的数据，还必须使用锁机制同步并行其它写者的修改操作。在有大量读操作，少量写操作的情况下效率非常高。
9.请你来介绍一下5种IO模型
1.阻塞IO:调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回才能进行下一步动作
2.非阻塞IO:非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。
3.信号驱动IO:信号驱动IO:linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO时间就绪，进程收到SIGIO信号。然后处理IO事件。
4.IO复用/多路转接IO:linux用 select/poll 函数实现IO复用模型，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这两个函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。知道有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数
5.异步IO:linux中，可以调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。
同步、异步
同步：用户进程发起IO后，进行就绪判断，轮询内核状态。
异步：用户进程发起IO后，可以做其他事情，等待内核通知。
阻塞、非阻塞
阻塞：用户进程访问数据时，如果未完成IO，调用的进程一直处于等待状态，直到IO操作完成。
非阻塞：用户进程访问数据时，会马上返回一个状态值，无论是否完成，此时进程可以操作其他事情。
select,poll,epoll的区别
1.select
是最初解决IO阻塞问题的方法。用结构体fd_set来告诉内核监听多个文件描述符，该结构体被称为描述符集。由数组来维持哪些描述符被置位了。对结构体的操作封装在三个宏定义中。通过轮寻来查找是否有描述符要被处理。
存在的问题：
-
内置数组的形式使得select的最大文件数受限与FD_SIZE；
-
每次调用select前都要重新初始化描述符集，将fd从用户态拷贝到内核态，每次调用select后，都需要将fd从内核态拷贝到用户态；
-
轮寻排查当文件描述符个数很多时，效率很低；
2.poll
poll：通过一个可变长度的数组解决了select文件描述符受限的问题。数组中元素是结构体，该结构体保存描述符的信息，每增加一个文件描述符就向数组中加入一个结构体，结构体只需要拷贝一次到内核态。poll解决了select重复初始化的问题。轮寻排查的问题未解决。
3.epoll
epoll：轮寻排查所有文件描述符的效率不高，使服务器并发能力受限。因此，epoll采用只返回状态发生变化的文件描述符，便解决了轮寻的瓶颈。
epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式
- LT模式
LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。
- ET模式
ET(edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once)
ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
3、LT模式与ET模式的区别如下：
LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。
ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。
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