嵌入式开发高频面试题——第五章 Linux操作系统常见面试题（下）

5.2 其他操作系统常见面试题

5.2.1 大小端的区别以及各自的优点，哪种时候用 ⭐⭐⭐⭐⭐

• 大端（Big Endian）：数据的高字节存储在内存的低地址处，低字节存储在高地址处。例如，0x12345678存储在内存中是 0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78。

• 小端（Little Endian）：数据的低字节存储在内存的低地址处，高字节存储在高地址处。例如，0x12345678 存储在内存中是 0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12。

• 优点：

  • 大端：数据按照存储顺序符合人类阅读习惯（高位在前）。通常在网络协议中采用大端，因为它便于数据传输的标准化。
  • 小端：对处理器执行按字节访问的运算更为高效。大多数现代计算机（如x86架构）使用小端模式。

• 什么时候使用：

  • 大端：网络通信（网络字节序），特别是数据传输时。
  • 小端：在大多数现代计算机的本地计算中，使用小端进行高效处理。

5.2.2 一个程序从开始运行到结束的完整过程（四个过程） ⭐⭐⭐⭐⭐

1. 编译：源代码通过编译器转换为可执行的机器代码。包含编译和链接两个阶段，输出的是一个可执行文件。
2. 加载：可执行文件由操作系统的程序加载器加载到内存中。加载器会将程序的代码和数据段映射到进程的地址空间，并为其分配栈和堆。
3. 执行：程序开始执行，CPU指针跳转到程序的入口点，执行指令和处理数据。
4. 结束：程序完成执行后，通过返回码告诉操作系统成功或失败的状态，进程退出，操作系统回收分配的资源。

5.2.3 什么是堆，栈，内存泄漏和内存溢出？ ⭐⭐⭐⭐

• 堆（Heap）：动态分配内存区域，程序员可以在运行时通过malloc或new分配内存。堆内存需要手动释放，如果未释放就会发生内存泄漏。

• 栈（Stack）：存储局部变量和函数调用信息，栈的内存空间是有限的。栈的内存管理由操作系统自动进行，函数返回时自动回收内存。

• 内存泄漏：当程序不再需要某块动态分配的内存但未能正确释放它时，导致这块内存无法使用。这种情况下，随着程序运行，未释放的内存逐渐增多，可能导致系统内存不足。

• 内存溢出：程序试图分配超出其能够使用的内存空间。比如栈空间不足导致栈溢出，或程序超出系统内存。

5.2.4 堆和栈的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐

• 管理方式：

  • 栈：由操作系统自动管理，先进后出，局部变量存储在栈中，函数调用完成后自动释放。
  • 堆：由程序员显式管理，动态分配，使用完内存后需要程序员手动释放（如free或delete）。

• 速度：

  • 栈：速度快，因为它由CPU直接支持。
  • 堆：速度慢，需要手动分配和释放内存，增加了内存管理的复杂性。

• 空间大小：

  • 栈：通常较小且有限制，常用于函数调用和局部变量。
  • 堆：通常较大，适用于动态分配的大量内存。

5.2.5 死锁的原因、条件 创建一个死锁，以及如何预防 ⭐⭐⭐⭐⭐

• 死锁的原因：多个进程或线程相互等待彼此释放资源，导致无穷等待状态。

• 死锁的四个必要条件：

  1. 互斥条件：资源不能被共享，每次只能有一个进程占用资源。
  2. 占有和等待条件：一个进程持有某些资源并等待其他进程占有的资源。
  3. 不可抢占条件：进程不能强行剥夺其他进程持有的资源，必须由占有者释放资源。
  4. 循环等待条件：一组进程形成一个环形链，导致每个进程等待下一个进程占有的资源。

• 预防死锁：

  1. 破坏条件：破坏死锁的四个条件之一。例如，允许资源抢占或分配顺序有严格规定。
  2. 使用超时机制：当一个进程等待时间过长，终止等待操作。

5.2.6 硬链接与软链接的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐

• 硬链接：

  • 硬链接指向文件在磁盘上的数据块，所有指向同一文件的硬链接共享相同的Inode编号，删除其中一个链接不影响其他链接。
  • 优点：更稳定，文件删除后内容仍然存在，除非所有硬链接都被删除。

• 软链接（符号链接）：

  • 软链接类似于Windows中的快捷方式，保存了文件的路径指向，被删除的文件或被移动后链接就会失效。
  • 优点：可以跨文件系统、指向目录，灵活性更强。

5.2.7 虚拟内存，虚拟地址与物理地址的转换 ⭐⭐⭐⭐

• 虚拟内存：一种内存管理技术，允许进程假装拥有连续的内存空间，实际内存可能分散在不同的物理地址上，部分数据可能存储在磁盘的交换空间（swap）中。

• 虚拟地址：每个进程有自己独立的地址空间，程序中使用的地址是虚拟地址，由操作系统通过内存管理单元（MMU）将其转换为实际的物理地址。

• 物理地址：计算机主内存的实际地址，用于数据的真实存储。

5.2.8 计算机中，32bit与64bit有什么区别 ⭐⭐⭐

• 位宽：32位系统最多能访问4GB内存，而64位系统可以处理更大容量的内存（理论上是2^64字节）。

• 性能：64位处理器在处理大数据和执行复杂计算时效率更高，64位操作系统能更好利用大内存。

• 应用兼容性：32位程序可以运行在64位操作系统上，但64位程序不能在32位操作系统上运行。

5.2.9 中断和异常的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐

• 中断：来自外部设备的信号，用于通知CPU执行特定任务（如硬件设备完成了某些操作），中断是异步发生的。

• 异常：在处理器内部发生的错误或特殊条件（如除零错误、页面错误），异常是同步的，通常是程序错误的结果。

5.2.10 中断怎么发生，中断处理大概流程 ⭐⭐⭐⭐

• 中断的发生：

  1. 外部设备向CPU发出中断信号。
  2. CPU在当前指令执行完成后，保存上下文，并跳转到中断处理程序。

• 中断处理流程：

  1. 保存当前任务的上下文。
  2. 执行中断服务程序（ISR）处理中断。
  3. 恢复被中断任务的上下文，并继续执行。

5.2.11 Linux 操作系统挂起、休眠、关机相关命令 ⭐⭐

• 挂起：systemctl suspend
• 休眠：systemctl hibernate
• 关机：shutdown now 或 systemctl poweroff

5.2.12 数据库为什么要建立索引，以及索引的缺点 ⭐⭐

• 优点：索引加快查询速度，通过在特定列上创建索引，数据库可以快速定位数据，而无需全表扫描。

• 缺点：

  1. 占用额外的存储空间。
  2. 降低插入、删除和更新的效率，因为每次数据操作时都需要更新索引。