进程线程知识总结

1. 程序什么时候应该使用线程，什么时候单线程效率高

• 使用线程：在I/O密集型或高并发的场景，例如网络服务、文件读写等。通过多线程可以同时处理多个任务，提高利用率。
• 单线程效率高：在CPU密集型任务中，当任务逻辑复杂、开销大，频繁切换线程反而会增加开销，影响性能。

2. 惊群现象

惊群现象是指多个线程或进程被唤醒来处理某个事件，而实际上只有一个能完成工作，其余的线程再次被阻塞，造成资源浪费和性能下降。

3. C++函数内的静态变量初始化以及线程安全问题

• 静态变量：首次调用时初始化，直到程序结束。
• 线程安全问题：在多线程环境下，静态变量初始化如果发生在多个线程访问时，可能导致数据竞争。C++11后，可以使用局部静态变量（保证线程安全）进行初始化。

4. C++线程安全的单例类

class Singleton {
public:static Singleton& getInstance() {static Singleton instance; // C++11确保线程安全return instance;}
private:Singleton() = default; // 私有构造函数
};

5. 多线程环境带有状态的对象的讨论

状态对象需要注意线程安全性。如果对象在多个线程之间共享，需使用适当的锁机制（如互斥锁）来避免数据竞争。

6. C++多线程加volatile的错误认识

volatile保证变量的可见性，但是不保证多线程间的原子性和条件约束，通常不足以处理线程安全问题。

7. 并行编程中多进程和多线程，什么情况下多进程能解决的多线程无法解决

• 多进程适合CPU密集型任务，因为可以规避GIL（全局解释器锁），在多核CPU上更有效利用资源。
• 适合于需要隔离或阻止共享内存中损坏的情况。

8. 如何证明一个数据结构是线程安全的

需要确认该数据结构在并发环境下的每个操作都是原子性的，且在多个线程同时访问时不会导致数据不一致。可以通过静态分析、单元测试、压力测试等方法验证。

9. lock-free的实现方式

Lock-free算法通过原子操作（如CAS）实现，无需使用互斥锁，确保至少一个线程能成功完成操作而不阻塞其他线程。

10. 锁的实现方式

• 互斥锁：保护资源，确保同一时间只允许一个线程访问。
• 读写锁：允许多个读操作并发进行，但写操作需要独占。
• 自旋锁：线程在获取锁时会在循环中不断检查，适合保持时间短的临界区。

11. 多线程编程的时候，使用无锁结构会不会比有锁结构更加快

通常在高竞争场景中，无锁结构避免了上下文切换和锁竞争的开销，能’améliorer 性能。但无锁编程复杂，容易出错。

12. linux线程是如何进行切换的

Linux使用时间片轮转调度策略，线程切换时保存当前线程的上下文状态，并加载下一个线程的上下文状态。此过程涉及CPU寄存器、堆栈等。

13. Linux开发，使用多线程还是用IO复用select/epoll

• 多线程适合处理大量独立、长时间阻塞的任务。
• IO复用适合高并发情况下，需要快速响应和阻塞较短的任务。

14. 异步，多线程和并行的区别

• 异步是指非阻塞的事件处理机制，不一定创建新线程。
• 多线程指在多个线程间并发执行任务。
• 并行是指在多核CPU上同时执行多个任务。

15. Linux下多线程和多进程程序的优缺点，各自适合什么样的业务场景

• 多线程：开销小，适合共享内存场景，但易受单个线程崩溃影响。
• 多进程：独立性强，适合需要稳定性和隔离性的场景，但开销大。

16. 开发多线程的程序应该注意哪些问题

• 竞争条件、死锁、可见性、线程安全、调试复杂性等。

17. 如何测试线程池的性能

可以通过模拟不同负载，使用基准测试工具测量处理时间、吞吐量和响应时间等指标，以评估线程池的性能。

18. 死锁的原因和避免

• 原因：互斥、请求与保持、不可剥夺、循环等待。
• 避免：资源有序请求、请求前预先申请资源、引入超时机制等。

19. 如何理解互斥锁，条件锁，读写锁以及自旋锁

• 互斥锁：用于保护临界区，单个线程访问。
• 条件锁：用于线程间的条件等待与通知。
• 读写锁：多个读同时访问，写时独占。
• 自旋锁：线程忙等待获取锁。

20. 互斥锁，同步锁，临界区，互斥量，信号量，自旋锁之间联系是什么

它们都涉及同步和资源控制。互斥锁和互斥量用于确保对共享资源的互斥访问；信号量用于控制访问资源的数量。

21. pthread_cond_wait 为什么需要传递 mutex 参数

pthread_cond_wait需要释放互斥锁，允许其他线程访问共享资源，从而避免与条件变量相关的资源竞争。

22. 多线程网络编程中如何合理地选择线程数

根据任务的性质、硬件能力及系统负载情况进行调整，一般选择大于或等于CPU核心数的线程数。

23. malloc和free是线程安全的吗，在多线程开发时用这两个函数应该注意什么

malloc和free在现代的C标准库中通常是线程安全的，但并发调用时可能导致性能下降，最好使用线程安全的内存池。

24. 僵尸进程和孤儿进程有什么区别、如何处理

• 僵尸进程：已结束但未被父进程收尸，保留了状态信息。
• 孤儿进程：父进程已结束，但子进程仍在运行。
• 处理：使用wait()清理僵尸进程，孤儿进程通常被init进程收养。

25. Linux系统中进程、线程、时间片的关系

• 进程：执行单元，独立地址空间。
• 线程：共享进程资源，处于进程内的并发执行流。
• 时间片：分配给线程或进程的CPU时间，为调度提供粒度。

26. 在Linux系统中，对于用户创建的进程(线程)来说，CPU分配时间片的单位是线程还是进程

时间片是以线程为单位分配的，线程在同一进程下共享时间片。

27. 内核级调度和用户级调度

• 内核级调度：由操作系统调度程序控制，能够管理多个进程/线程。
• 用户级调度：在用户空间管理线程，内核不知线程存在，切换更快。

28. Linux中进程具有父子层次结构，Windows中没有进程层次，这两种设计各有什么优劣

• 优点（Linux）：方便资源管理和组织，父子关系便于信号处理。
• 缺点（Linux）：更复杂的dad/child管理。
• Windows：简单直接，资源管理透明。

29. linux用户级进程跟内核线程（进程）有什么差别

用户级进程在用户空间进行管理，内核线程由内核管理。用户级的切换速度快，但无法充分利用多核，内核线程可以更好地调度。

30. 为什么要区分用户态和内核态

区分用户态与内核态提供了内存保护和进程隔离，确保用户程序在不影响操作系统的情况下运行，避免崩溃和安全隐患。

31. 从用户空间到内核空间有以下触发手段

• 系统调用、异常处理、信号、中断等。

32. 进程的内存空间布局

一页内存空间通常分为：代码段、数据段、堆、栈、共享内存等。

33. 进程间通信（IPC）方式

• 管道、消息队列、共享内存、套接字、信号等。

34. 进程空间和内核空间对内存的管理不同

• 用户空间有其独立的虚拟地址空间；内核空间则是全局共享的，用于存储内核级别的数据结构。

35. 虚拟内存的作用

提供每个进程独立的地址空间，隔离进程、实现内存保护和更高效的内存使用。

36. 虚拟内存的实现

通过页表映射虚拟地址到物理地址，使用换页算法和逻辑页存取管理。

37. Linux的slab层

Slab分配器管理对象的缓存，有效减少内存碎片，提供快速分配与释放。

38. fork与vfork区别

• fork创建新进程并复制父进程的所有内存页面。
• vfork创建新进程但不复制内存，父进程会被挂起，直到子进程执行完毕。

39. exit()与_exit()区别

exit()执行清理（会调用atexit函数），而_exit()直接终止进程，不执行任何清理。

40. Linux是如何避免内存碎片的

使用动态分配算法和分页、合并算法（例如buddy system、slab allocator）减少或压制碎片。

41. 共享内存的实现原理

通过映射内存区域到多个进程的地址空间，允许进程间快速访问共享数据。

42. 银行家算法

用于死锁避免的资源分配算法，判断请求是否安全，以确保系统保持在安全状态。

43. linux中断响应机制

中断请求产生时，CPU暂停当前执行的任务，保存上下文，然后执行中断处理程序。

44. 如何实现守护进程

创建进程并将其转为会话领导，脱离控制终端、改变工作目录、关闭不必要的文件描述符等。

45. 32位系统一个进程最多有多少堆内存

在32位系统中，进程最大虚拟内存通常为4GB，但堆的实际大小取决于操作系统及内存分配方式，通常可达到几百MB到2GB不等。

46. 线程安全和不安全的讨论

• 线程安全：数据结构能够在多个线程同时操作时保持一致性和正确性。
• 不安全：导致数据竞争、状态不一致性。

47. 可重入函数与线程安全的区别与联系

• 可重入函数：在多线程中即使发生中断也能安全调用，不依赖全局状态。
• 线程安全：在多个线程同时调用时保持状态一致。

48. 双重检查锁定模式(DCLP)的风险

可能导致多个线程同时进入null判断，基本上绕过了多线程安全的保证。需要确保volatile关键字的使用。

49. 内存屏障详解

内存屏障（Memory Barrier）用于控制CPU内存操作的顺序，确保某些指令在其他指令前被执行。

50. 原子操作原理

原子操作是不可被中断的操作，保证在多线程环境下其执行是完整的，通常通过硬件支持提供。

51. Linux有内核级线程么

有，Linux支持内核级线程，它们可以被内核调度，采用内核的资源管理。

52. 使用线程是如何防止出现大的波峰

使用多线程可以处理多个并发请求，平稳负载，减少资源占用峰值，对短时间的请求高峰作出快速响应。

53. 操作系统中进程调度策略有哪几种

• 先来先服务（FCFS）
• 短作业优先（SJF）
• 时间片轮转（RR）
• 优先级调度

54. 线程与进程的区别和联系，线程是否具有相同的堆栈，dll是否有独立的堆栈

• 区别：进程是资源分配的最小单位，线程是执行调度的最小单位。线程之间共享进程的堆栈。
• DLL：每个线程通常有独立的堆栈。

55. 读者-写者问题

在并发系统中，多个读者可以同时访问，但当写者访问时需要独占，解决方案包括使用读写锁。

56. 哲学家进餐问题

模型描述了进程间的问题和资源竞争，主要关注如何合理分配资源，避免死锁解决方案。

57. 进程状态的切换图

进程状态有创建、就绪、运行、阻塞、终止等状态，各状态之间的转移代表了进程生命周期的管控。