学习Linux C编程之操作系统基础训练

1、简述Linux进程内存空间分为哪几个段？作用分别是什么？
3个段，数据段，代码段，堆栈段
数据段：存放全局变量，静态变量static，其中BSS数据段存放为初始化的全局变量和static，数据段存放初始化的全局变量。
代码段：存放程序的代码的数据。
堆栈段：存放子程序的返回地址，子程序的参数以及程序的局部变量等。
2、如何查看进程的信息（线程数）：
1.使用top命令，具体用法是 top -H 加上这个选项，top的每一行就不是显示一个进程，而是一个线程。 
2.使用ps命令，具体用法是 ps -xH 这样可以查看所有存在的线程，也可以使用grep作进一步的过滤。 
3.使用ps命令，具体用法是 ps -mq PID （ubuntu下貌似不能使用） 这样可以看到指定的进程产生的线程数目。
3、进程间通信方式有哪些？
  进程间通信方式有管道、信号量、信号、消息队列、共享内存、套接字六种。
（1）管道分为有名管道和无名管道，其中无名管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用，一般用于两个不同进程之间的通信。有名管道也是一种半双工的通信方式，但它允许无亲缘关系进程间的通信。
（2）信号量是一个计数器，可以用来控制多个线程对共享资源的访问，它不是用于交换大批数据，而用于多线程之间的同步。他常作为一种锁机制。因此，主要作为进程间以及同一个进程内不同线程之间的同步手段。
（3）信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个时间已经发生。
（4）消息队列是消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等特点。
（5）共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。他往往与其他通信机制，如信号量配合使用，来实现进程间的同步和通信。
（6）套接字可用于不同进程间的进程通信。
4、进程同步的几种方法？
1、信号量
     用于进程间传递信号的一个整数值。在信号量上只有三种操作可以进行：初始化，P操作和V操作，这三种操作都是原子操作。
    P操作(递减操作)可以用于阻塞一个进程，V操作(增加操作)可以用于解除阻塞一个进程。
基本原理是两个或多个进程可以通过简单的信号进行合作，一个进程可以被迫在某一位置停止，直到它接收到一个特定的信号。该信号即为信号量s。
     为通过信号量s传送信号，进程可执行原语semSignal(s);为通过信号量s接收信号，进程可执行原语semWait(s);如果相应的信号仍然没有发送，则进程被阻塞，直到发送完为止。
     可把信号量视为一个具有整数值的变量，在它之上定义三个操作：
 一个信号量可以初始化为非负数
semWait操作使信号量s减1.若值为负数，则执行semWait的进程被阻塞。否则进程继续执行。
semSignal操作使信号量加1，若值大于或等于零，则被semWait操作阻塞的进程被解除阻塞。
5、进程死锁产生的原因及四个必要条件
死锁产生的原因？
      （1） 因为系统资源不足。
　　（2） 进程运行推进的顺序不合适。
　　（3） 资源分配不当等。
　　如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。
　　产生死锁的四个必要条件：
　　（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
　　（2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
　　（3） 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
　　（4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
6、什么是守护进程，什么是僵尸进程？
僵尸进程：一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。
守护进程 ：Linux系统中的守护进程是一种运行在后台的进程。而守护进程，也就是通常说的Daemon进程。它通常独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。linux大多数服务器进程就是用守护进程实现的，例如web服务。守护进程常常在系统引导装入时启动，在系统关闭时终止。守护进程最大的特点是运行在后台，与终端无连接，除非特殊情况下，用户不能操作守护进程。
7、解释一下进程同步和进程互斥的区别？
进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。
 比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息，当缓冲区为空时，进程B因为读取不到信息而被阻塞。而当进程A产生信息放入缓冲区时，进程B才会被唤醒。
进程互斥是进程之间的间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。
比如进程B需要访问打印机，但此时进程A占有了打印机，进程B会被阻塞，直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。
8、进程与线程之间有何区别？
          （1）进程是资源的分配和调度的一个独立单元，而线程是CPU调度的基本单元
          （2）同一个进程中可以包括多个线程，并且线程共享整个进程的资源（寄存器、堆栈、上下文），一个进行至少包括一个线程。
          （3）进程的创建调用fork或者vfork，而线程的创建调用pthread_create，进程结束后它拥有的所有线程都将销毁，而线程的结束不会影响同个进程中的其他线程的结束
          （4）线程是轻两级的进程，它的创建和销毁所需要的时间比进程小很多，所有操作系统中的执行功能都是创建线程去完成的
          （5）线程中执行时一般都要进行同步和互斥，因为他们共享同一进程的所有资源
          （6）线程有自己的私有属性TCB，线程id，寄存器、硬件上下文，而进程也有自己的私有属性进程控制块PCB，这些私有属性是不被共享的，用来标示一个进程或一个线程的标志
9、线程同步有哪些方法？
1.互斥量：系统给我们提供了互斥 量.线程在取出头节点前必须要等待互斥量,如果此时有其他线程已经获得该互斥量,那么该线程将会阻塞在这里.只有等到其他线程释放掉该互斥量后，该线程才有可能得到该互斥量。互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问
2.条件变量：条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。
3.信号灯：信号灯与互斥锁和条件变量的主要不同在于"灯"的概念，灯亮则意味着资源可用，灯灭则意味着不可用。如果说后两中同步方式侧重于"等待"操作，即资源不可用的话，信号灯机制则侧重于点灯，即告知资源可用；没有等待线程的解锁或激发条件都是没有意义的，而没有等待灯亮的线程的点灯操作则有效，且能保持灯亮状态。当然，这样的操作原语也意味着更多的开销。
信号灯的应用除了灯亮/灯灭这种二元灯以外，也可以采用大于1的灯数，以表示资源数大于1，这时可以称之为多元灯。 
10、当父进程在子进程之前终止会发生什么？
对于父进程已经终止的所有进程，它们的父进程都改变为init进程。我们称这些进程由init进程收养。其操作过程大致是：在一个进程终止时，内核逐个检查所有活动的进程，以判断它是否是是要终止进程的子进程，如果是，则该进程父进程ID就更改为1（init进程的ID）。