C/C++ 面试复习笔记（4）

1.在多线程的 Linux 程序中，调用系统函数（如pthread_create 创建线程、pthread_mutex_lock 锁定互斥锁等）可能会返回错误码。 与单线程环境相比，多线程环境下的错误处理有哪些需要特别注意的地方？请举例说明如何在多线程程序中正确处理这些错误。

错误码的线程安全性：不同线程的错误码是独立的，不能依赖全局的errno变量来处理错误。 例如，pthread_create 函数返回的错误码直接通过返回值获取，而不是通过errno。

资源清理：一个线程出现错误可能需要清理其他线程已分配的资源，避免资源泄漏。比如， 如果一个线程成功创建了互斥锁，但在后续操作中失败，需要在错误处理中释放该互斥锁。

错误传播：需要确定如何将错误信息从一个线程传递到其他相关线程，以便整个程序能做出正确响应。

2.C语言中，sizeof运算符用于计算动态分配的内存空间大小。

答案： 错误

解析： sizeof运算符计算的是类型或变量的静态内存大小，无法用于获取动态分配的内存大小。如果需要获取动态分配内存的大小，必须使用其他方法，如malloc_usable_size() 等平台特定函数。

3.解释 Linux 中的 Swap 空间及其作用

Swap 空间是磁盘上的一块区域，作为物理内存的扩展。其作用主要有：

当物理内存不足时，操作系统会将不常用的内存页从物理内存交换到 Swap 空间，从而释放物理内存供其他程序使用。

支持运行比物理内存容量更大的程序，因为部分数据可以暂时存放在 Swap 空间中。

在系统多任务运行时，当物理内存紧张时，通过 Swap 空间可以保证系统的稳定性，避免因内存不足导致程序崩溃。

4.Linux 内存管理中的伙伴系统是如何工作的，它解决了什么问题？

伙伴系统是 Linux 内核用于管理物理内存页的算法。它将物理内存按照 2 的幂次方大小进行分组，例如 4KB、8KB、16KB 等不同大小的内存块。当内核需要分配内存时，会从最合适大小的内存块组中查找空闲块。如果没有合适大小的空闲块，就会将更大的空闲块分割成两个相等的 “伙伴” 块，直到找到满足需求的块。

例如，要分配一个 8KB 的内存块，若 当前没有 8KB 的空闲块，但有一个16KB 的空闲块，就将 16KB 块分割为两个 8KB 块。 当内存块被释放时，内核会检查其伙伴块是否也处于空闲状态。如果伙伴块空闲，就将它们 合并成一个更大的块，以此类推，不断向上合并，直到无法合并为止。伙伴系统主要解决了 内存碎片问题，通过这种方式能够高效地分配和回收连续的物理内存页，提高了内存的利用率，保证系统能够快速分配到所需大小的连续内存块，尤其是对于内核中对连续内存要求较高的操作（如 DMA 操作）非常重要。

5.在 Linux 中，如何查看某个进程的内存使用详情，包括虚拟内存和物理内存占用情况？

可以使用多种工具来查看进程的内存使用详情。

ps 命令：使用ps -p -o rss,vsize 命令，其中是要查看的进程 ID。rss（Resident Set Size）表示进程实际占用的物理内存大小（单位为 KB）， vsize（Virtual Size）表示进程的虚拟 内存大小（单位为 KB）。例如，要查看进程 ID 为 1234 的内存使用情况，命令为ps -p 1234 -o rss,vsize。

top 命令：运行top命令后，按P键以 CPU 使用率排序，按M键则以内存使用率排序。找 到目标进程后，在显示的信息中，VIRT列表示虚拟内存大小，RES列表示物理内存（驻留集 大小）。

pmap 命令：使用pmap 命令，它会详细列出进程的虚拟地址空间映射情况，包括每个 映射区域的起始地址、结束地址、权限、偏移量以及对应的文件或共享库等信息，同时也能 看到每个区域占用的物理内存大小（通过rss字段）。例如pmap 1234会显示进程 ID 为 1234 的内存映射详情。

6.什么是内存颠簸（Thrashing），在 Linux 系统中如何避免或解决内存颠簸问题？

内存颠簸是指系统在频繁地进行内存页的换入换出操作，导致大量的磁盘 I/O，系统性能急剧下降的现象。当系统的物理内存不足，而进程对内存的需求又不断变化时，就容易出现内存颠簸。例如，一个进程频繁地访问不同的内存页，而这些页在内存中频繁地被换出和换入。

在 Linux 系统中，可以通过以下方法避免或解决内存颠簸问题：

增加物理内存：如果物理内存不足是导致内存颠簸的主要原因，增加内存条可以直接提 高系统的可用内存，减少页交换操作。

调整 swappiness 参数：swappiness参数控制着系统将内存页交换到磁盘交换空间（swap） 的倾向程度，取值范围是 0 - 100。可以通过修改/etc/sysctl.conf 文件，添加或修改 vm.swappiness = （例如 vm.swappiness = 10）来降低系统使用 swap 的频率，让系统更倾向于使用物理内存。修改后执行sysctl -p使配置生效。 优化进程内存使用：检查并优化应用程序的内存使用情况，避免不必要的内存占用。例 如，及时释放不再使用的内存，优化算法以减少内存的频繁分配和释放。

调整进程优先级：通过调整进程的优先级，让重要的进程优先获得内存资源，减少它们被换出的可能性。可以使用nice或renice命令来调整进程的优先级。

拓展：

/etc/sysctl.conf中内容：

配置项	所属模块	核心作用	典型取值建议
vm.overcommit_memory=1	内存管理	允许系统超额分配内存，提升资源利用率，但需警惕 OOM 风险。	适用于容器 / 数据库场景
net.core.somaxconn=511	网络内核参数	增大 TCP 监听队列长度，应对高并发连接请求，减少连接丢弃。	511-4096（视负载而定）

7.在多线程环境下，Linux 内存管理需要注意哪些问题？

在多线程环境下，Linux 内存管理需要注意以下问题：

内存共享与同步：多线程通常共享进程的地址空间，包括堆、全局变量等内存区域。这就需要特别注意内存的同步问题，以避免数据竞争和不一致。例如，多个线程同时对共享的 全局变量进行读写操作时，可能会导致数据错误。可以使用同步机制（如互斥锁、条件变量、 信号量等）来保证同一时间只有一个线程能够访问共享内存。

线程栈的管理：每个线程都有自己独立的栈空间，用于存储局部变量、函数调用信息等。 线程栈的大小可以通过ulimit -s命令或pthread_attr_setstacksize 函数进行设置。如果线程栈空间设置过小，可能会导致栈溢出错误；如果设置过大，又会浪费内存资源。

内存分配的性能：在多线程环境下，频繁的内存分配和释放操作可能会导致性能问题。 因为内存分配函数（如malloc）通常不是线程安全的，多个线程同时调用可能会产生竞争条件。可以考虑使用线程本地存储（TLS）或线程特定的内存分配器，以提高内存分配的效率。

避免内存泄漏：由于多线程共享进程的内存空间，一个线程分配的内存，如果在其他线 程中没有正确释放，就会导致内存泄漏。需要确保在所有线程结束时，所有分配的内存都被 正确释放。可以使用智能指针或内存管理类来帮助管理内存的生命周期，减少内存泄漏的风 险。

页表管理：虽然多线程共享进程的页表，但不同线程可能会有不同的内存访问模式，这 可能会影响页表的命中率。操作系统需要合理地管理页表，以提高内存访问的效率。例如， 通过合理的页面置换算法，减少缺页中断的发生。