本文为 第六章操作系统 部分，具体整篇目录可以看前言！

【秋招】嵌入式面试八股文分享

第一部分（纯八股）

1 什么是进程？什么是线程？

进程(Process)：

• 操作系统资源分配的基本单位
• 拥有独立的内存空间和系统资源
• 包含代码、数据、堆栈等

线程(Thread)：

• CPU调度的基本单位
• 共享所属进程的内存空间和资源
• 只拥有必要的运行资源（如程序计数器、寄存器和栈）

主要区别：

2 内核线程和用户线程的区别？

• 内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。
• 用户级线程的创建、撤消和调度不需要OS内核的支持，是在语言（如Java）这一级处理的；而内核支持线程的创建、撤消和调度都需OS内核提供支持，而且与进程的创建、撤消和调度大体是相同的。
• 用户级线程执行系统调用指令时将导致其所属进程被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只导致该线程被中断。
• 在只有用户级线程的系统内，CPU调度还是以进程为单位，处于运行状态的进程中的多个线程，由用户程序控制线程的轮换运行；在有内核支持线程的系统内，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度程序负责线程的调度。
• 用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序，而内核支持线程的程序实体则是可以运行在任何状态下的程序。

3 进程和线程有什么区别？

3.1 根本区别

• 进程是资源分配的基本单位，线程是程序执行的最小单位

3.2 资源开销

• 进程有自己独立地址空间（代码空间和数据空间），每启动一个进程，系统会为它分配地址空间。
• 线程没有自己独立的地址空间，线程共享进程中的数据，使用相同的地址空间。每个线程都有自己的堆栈。
• 线程切换的资源开销要比进程小。涉及频繁切换，就选择线程。
• 线程开销小，但是不利于进行资源包含；进程开销大，但是有利于资源保护。

3.3 关于通信

• 线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。（ftok函数）
• 但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也跟着死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。

3.4 执行过程

• 每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

4 何时使用多进程，何时使用多线程？

• 对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。
• 要求效率高，频繁切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程。

5 进程的几种状态？

​关于IO：

• 用户程序进行IO的读写，会用到read&write两大系统调用。read系统调用，是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区；而write系统调用，是把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。

同步IO：

• 是指用户空间线程是主动发起IO请求的一方，内核空间是被动接受方。

• 是指内核kernel是主动发起IO请求的一方，用户线程是被动接受方。
• R (Running/Runnable)：正在运行或就绪状态
• S (Sleeping)：可中断睡眠，等待某事件完成
• D (Disk Sleep)：不可中断睡眠，通常是等待I/O
• Z (Zombie)：僵尸状态，进程已终止但父进程未回收
• T (Stopped)：进程被暂停，如收到SIGSTOP信号
• X (Dead)：进程即将被销毁

状态转换：

• R → S：进程等待资源或事件
• S → R：等待的事件发生，进程被唤醒
• R → D：进程请求不可中断的操作，如磁盘I/O
• D → R：不可中断操作完成
• R → Z：进程终止，但父进程未调用wait()
• R/S → T：进程收到SIGSTOP信号
• T → R：进程收到SIGCONT信号

6 进程创建的方式？

6.1 使用fork创建

fork()是Unix/Linux中创建进程的传统方法：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

特点：

• 创建调用进程的副本(子进程)
• 子进程获得父进程数据空间、堆、栈的副本
• 父子进程共享代码段(只读)
• 采用写时复制(Copy-On-Write)技术优化内存使用
• 返回值：父进程中返回子进程PID，子进程中返回0，失败返回-1

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid < 0) {
        // 创建失败
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程，PID: %d，父进程PID: %d\n", getpid(), getppid());
    } else {
        // 父进程
        printf("父进程，PID: %d，子进程PID: %d\n", getpid(), pid);
    }
    
    return 0;
}

6.2 vfork系统调用

vfork()是fork()的一种特殊形式：

#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);

特点：

• 创建进程的目的是执行exec系列函数
• 子进程与父进程共享地址空间(不使用写时复制)
• 父进程会被挂起，直到子进程调用exec或exit
• 子进程必须小心不修改共享的变量
• 现代系统中，fork的性能已经很好，vfork使用较少

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = vfork();
    
    if (pid < 0) {
        // 创建失败
        perror("vfork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程，PID: %d\n", getpid());
        // 子进程必须调用exec或exit
        _exit(0);  // 注意使用_exit而非exit
    } else {
        // 父进程
        printf("父进程，PID: %d，子进程PID: %d\n", getpid(), pid);
    }
    
    return 0;
}

6.3 clone系统调用

clone()是Linux特有的系统调用，提供更细粒度的控制：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
int clone(int (*fn)(void *), void *stack, int flags, void *arg, ...);

特点：

• 允许选择父子进程间共享的资源(如文件描述符、信号处理等)
• 是实现线程的基础(pthread库在底层使用clone)
• 通过flags参数控制共享程度
• 常用flags： CLONE_FILES：共享文件描述符表CLONE_FS：共享文件系统信息CLONE_VM：共享内存空间CLONE_SIGHAND：共享信号处理函数

示例：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)  // 1MB栈空间

// 子进程执行的函数
int child_func(void *arg) {
    printf("子进程，PID: %d\n", getpid());
    return 0;
}

int main() {
    // 分配栈空间，栈向下增长
    void *stack = malloc(STACK_SIZE);
    if (!stack) {
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }
    
    // 创建子进程
    pid_t pid = clone(child_func, (char*)stack + STACK_SIZE, 
                      CLONE_VM | SIGCHLD, NULL);
    
    if (pid < 0) {
        perror("clone failed");
        free(stack);
        return 1;
    }
    
    printf("父进程，PID: %d，子进程PID: %d\n", getpid(), pid);
    
    // 等待子进程结束
    waitpid(pid, NULL, 0);
    free(stack);
    
    return 0;
}

6.2 fork和vfork的区别？

• void exit( int status) 结束当前进程并将status返回；exit结束进程会刷新缓冲区
• void _exit(int status)  这个不会进行缓冲区刷新

注意：

• 内存共享： fork()：子进程获得父进程内存的副本(写时复制)vfork()：子进程与父进程共享内存空间
• 执行顺序： fork()：父子进程执行顺序不确定vfork()：父进程挂起，直到子进程调用exec或exit
• 使用场景： fork()：通用进程创建vfork()：创建进程后立即执行exec
• 安全性： vfork()更危险，子进程可能破坏父进程的数据
• 性能： 历史上vfork()更高效，现代系统中差异不大

6.3 为什么子进程中使用exit()可能导致问题，而应该使用_exit()?

• exit()会执行清理操作，包括刷新标准IO缓冲区和调用atexit()注册的函数
• 在vfork()创建的子进程中，由于共享地址空间，使用exit()可能会： 清空父进程的IO缓冲区执行父进程注册的atexit()函数关闭父进程需要的文件描述符
• _exit()直接调用系统调用退出，不执行用户空间清理操作
• 因此，vfork()后的子进程应使用_exit()或exec()，避免干扰父进程

6.4 调度策略和优先级

Linux支持多种调度策略：

• SCHED_OTHER(CFS)：普通进程的默认策略
• SCHED_BATCH：批处理进程，不需要交互
• SCHED_IDLE：优先级最低的进程
• SCHED_FIFO：实时进程，先进先出，不会被抢占(除非被更高优先级进程)
• SCHED_RR：实时进程，时间片轮转

优先级系统：

• nice值：范围-20到19，值越小优先级越高，默认为0