14、一个程序从开始运行到结束的完整过程，你能说出来多少？

四个过程：

（1）预编译

主要处理源代码文件中的以“＃”开头的预编译指令。处理规则见下

1、删除所有的＃define，展开所有的宏定义。

2、处理所有的条件预编译指令，如“＃if”、“＃endif”、“＃ifdef”、“＃elif”和“＃else”。

3、处理“＃include”预编译指令，将文件内容替换到它的位置，这个过程是递归进行的，文件中包含其他文件。

4、删除所有的注释，“／／”和“”。

5、保留所有的＃pragma 编译器指令，编译器需要用到他们，如：＃pragma once 是为了防止有文件被重复引用。

6、添加行号和文件标识，便于编译时编译器产生调试用的行号信息，和编译时产生编译错误或警告是能够显示行号。

（2）编译

把预编译之后生成的xxx．i或xxx．ii文件，进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后，生成相应的汇编代码文件。

1、词法分析：利用类似于“有限状态机”的算法，将源代码程序输入到扫描机中，将其中的字符序列分割成一系列的记号。

2、语法分析：语法分析器对由扫描器产生的记号，进行语法分析，产生语法树。由语法分析器输出的语法树是一种以表达式为节点的树。

3、语义分析：语法分析器只是完成了对表达式语法层面的分析，语义分析器则对表达式是否有意义进行判断，其分析的语义是静态语义——在编译期能分期的语义，相对应的动态语义是在运行期才能确定的语义。

4、优化：源代码级别的一个优化过程。

5、目标代码生成：由代码生成器将中间代码转换成目标机器代码，生成一系列的代码序列——汇编语言表示。

6、目标代码优化：目标代码优化器对上述的目标机器代码进行优化：寻找合适的寻址方式、使用位移来替代乘法运算、删除多余的指令等。

（3）汇编

将汇编代码转变成机器可以执行的指令（机器码文件）。汇编器的汇编过程相对于编译器来说更简单，没有复杂的语法，也没有语义，更不需要做指令优化，只是根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译过来，汇编过程有汇编器as完成。经汇编之后，产生目标文件（与可执行文件格式几乎一样）xxx．o（Linux下）、xxx．obj（Windows下）。

（4）链接

将不同的源文件产生的目标文件进行链接，从而形成一个可以执行的程序。链接分为静态链接和动态链接：

1、静态链接：

函数和数据被编译进一个二进制文件。在使用静态库的情况下，在编译链接可执行文件时，链接器从库中复制这些函数和数据并把它们和应用程序的其它模块组合起来创建最终的可执行文件。

空间浪费：因为每个可执行程序中对所有需要的目标文件都要有一份副本，所以如果多个程序对同一个目标文件都有依赖，会出现同一个目标文件都在内存存在多个副本；更新困难：每当库函数的代码修改了，这个时候就需要重新进行编译链接形成可执行程序。

运行速度快：但是静态链接的优点就是，在可执行程序中已经具备了所有执行程序所需要的任何东西，在执行的时候运行速度快。

2、动态链接：

动态链接的基本思想是把程序按照模块拆分成各个相对独立部分，在程序运行时才将它们链接在一起形成一个完整的程序，而不是像静态链接一样把所有程序模块都链接成一个单独的可执行文件。

共享库：就是即使需要每个程序都依赖同一个库，但是该库不会像静态链接那样在内存中存在多份副本，而是这多个程序在执行时共享同一份副本；更新方便：更新时只需要替换原来的目标文件，而无需将所有的程序再重新链接一遍。当程序下一次运行时，新版本的目标文件会被自动加载到内存并且链接起来，程序就完成了升级的目标。性能损耗：因为把链接推迟到了程序运行时，所以每次执行程序都需要进行链接，所以性能会有一定损失。

15、通过例子讲解逻辑地址转换为物理地址的基本过程

可以借助进程的页表将逻辑地址转换为物理地址。

通常会在系统中设置一个页表寄存器（PTR），存放页表在内存中的起始地址F和页表长度M。进程未执行时，页表的始址和页表长度放在进程控制块（PCB） 中，当进程被调度时，操作系统内核会把它们放到页表寄存器中。

注意：页面大小是2的整数幂

设页面大小为L，逻辑地址A到物理地址E的变换过程如下：

例：若页面大小L为1K字节，页号2对应的内存块号b＝8，将逻辑地址A＝2500转换为物理地址E。
等价描述：某系统按字节寻址，逻辑地址结构中，页内偏移量占10位（说明一个页面的大小为2＾10B ＝ 1KB），页号2对应的内存块号 b＝8，将逻辑地址A＝2500转换为物理地址E。

①计算页号、页内偏移量
页号P＝A／L ＝ 2500／1024 ＝ 2； 页内偏移量W＝ A％L ＝ 2500％1024 ＝ 452

②根据题中条件可知，页号2没有越界，其存放的内存块号b＝8

③物理地址E＝b＊L＋W＝8 ＊ 1024＋ 425 ＝ 8644

在分页存储管理（页式管理）的系统中，只要确定了每个页面的大小，逻辑地址结构就确定了。因此，页式管理中地址是－维的。即，只要给出一个逻辑地址，系统就可以自动地算出页号、页内偏移量两个部分，并不需要显式地告诉系统这个逻辑地址中，页内偏移量占多少位。

16、进程同步的四种方法？

1． 临界区

对临界资源进行访问的那段代码称为临界区。

为了互斥访问临界资源，每个进程在进入临界区之前，需要先进行检查。

／／ entry section
／／ critical section；
／／ exit section

2． 同步与互斥

同步：多个进程因为合作产生的直接制约关系，使得进程有一定的先后执行关系。

互斥：多个进程在同一时刻只有一个进程能进入临界区。

3． 信号量

信号量（Semaphore）是一个整型变量，可以对其执行 down 和 up 操作，也就是常见的 P 和 V 操作。

down： 如果信号量大于 0 ，执行 －1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信号量大于 0；

up：对信号量执行 ＋1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。

down和up操作需要被设计成原语，不可分割，通常的做法是在执行这些操作的时候屏蔽中断。

如果信号量的取值只能为0或者1，那么就成为了互斥量（Mutex），0 表示临界区已经加锁，1 表示临界区解锁。

typedef int semaphore；
semaphore mutex ＝ 1；
void P1（） ｛
   down（＆mutex）；
   ／／ 临界区
   up（＆mutex）；
｝
void P2（） ｛
   down（＆mutex）；
   ／／ 临界区
   up（＆mutex）；
｝

使用信号量实现生产者－消费者问题    

问题描述：使用一个缓冲区来保存物品，只有缓冲区没有满，生产者才可以放入物品；只有缓冲区不为空，消费者才可以拿走物品。

因为缓冲区属于临界资源，因此需要使用一个互斥量 mutex 来控制对缓冲区的互斥访问。

为了同步生产者和消费者的行为，需要记录缓冲区中物品的数量。数量可以使用信号量来进行统计，这里需要使用两个信号量：empty 记录空缓冲区的数量，full 记录满缓冲区的数量。

其中，empty 信号量是在生产者进程中使用，当 empty 不为 0 时，生产者才可以放入物品；full 信号量是在消费者进程中使用，当 full 信号量不为 0 时，消费者才可以取走物品。

注意，不能先对缓冲区进行加锁，再测试信号量。也就是说，不能先执行 down（mutex） 再执行 down（empty）。如果这么做了，那么可能会出现这种情况：生产者对缓冲区加锁后，执行 down（empty） 操作，发现 empty ＝ 0，此时生产者睡眠。

消费者不能进入临界区，因为生产者对缓冲区加锁了，消费者就无法执行 up（empty） 操作，empty 永远都为 0，导致生产者永远等待下，不会释放锁，消费者因此也会永远等待下去。

＃define N 100
typedef int semaphore；
semaphore mutex ＝ 1；
semaphore empty ＝ N；
semaphore full ＝ 0；
void producer（） ｛
   while（TRUE） ｛
       int item ＝ produce＿item（）；
       down（＆empty）；
       down（＆mutex）；
       insert＿item（item）；
       up（＆mutex）；
       up（＆full）；
   ｝
｝
void consumer（） ｛
   while（TRUE） ｛
       down（＆full）；
       down（＆mutex）；
       int item ＝ remove＿item（）；
       consume＿item（item）；
       up（＆mutex）；
       up（＆empty）；
   ｝
｝

4． 管程

使用信号量机制实现的生产者消费者问题需要客户端代码做很多控制，而管程把控制的代码独立出来，不仅不容易出错，也使得客户端代码调用更容易。

c 语言不支持管程，下面的示例代码使用了类 Pascal 语言来描述管程。示例代码的管程提供了 insert（） 和 remove（） 方法，客户端代码通过调用这两个方法来解决生产者－消费者问题。

monitor ProducerConsumer
   integer i；
   condition c；
   procedure insert（）；
   begin
       ／／ ．．．
   end；
   procedure remove（）；
   begin
       ／／ ．．．
   end；
end monitor；

管程有一个重要特性：在一个时刻只能有一个进程使用管程。进程在无法继续执行的时候不能一直占用管程，否则其它进程永远不能使用管程。

管程引入了条件变量以及相关的操作：wait（） 和 signal（） 来实现同步操作。对条件变量执行 wait（） 操作会导致调用进程阻塞，把管程让出来给另一个进程持有。signal（） 操作用于唤醒被阻塞的进程。

使用管程实现生产者－消费者问题  

／／ 管程
monitor ProducerConsumer
   condition full， empty；
   integer count ：＝ 0；
   condition c；
   procedure insert（item： integer）；
   begin
       if count ＝ N then wait（full）；
       insert＿item（item）；
       count ：＝ count ＋ 1；
       if count ＝ 1 then signal（empty）；
   end；
   function remove： integer；
   begin
       if count ＝ 0 then wait（empty）；
       remove ＝ remove＿item；
       count ：＝ count － 1；
       if count ＝ N －1 then signal（full）；
   end；
end monitor；
／／ 生产者客户端
procedure producer
begin
   while true do
   begin
       item ＝ produce＿item；
       ProducerConsumer．insert（item）；
   end
end；
／／ 消费者客户端
procedure consumer
begin
   while true do
   begin
       item ＝ ProducerConsumer．remove；
       consume＿item（item）；
   end
end；

17、操作系统在对内存进行管理的时候需要做些什么？

操作系统负责内存空间的分配与回收。

操作系统需要提供某种技术从逻辑上对内存空间进行扩充。

操作系统需要提供地址转换功能，负责程序的逻辑地址与物理地址的转换。

操作系统需要提供内存保护功能。保证各进程在各自存储空间内运行，互不干扰

18、进程通信方法（Linux和windows下），线程通信方法（Linux和windows下）

进程通信方法

线程通信方法

19、程间通信有哪几种方式？把你知道的都说出来

Linux几乎支持全部UNIX进程间通信方法，包括管道（有名管道和无名管道）、消息队列、共享内存、信号量和套接字。其中前四个属于同一台机器下进程间的通信，套接字则是用于网络通信。

管道

无名管道

无名管道特点：

无名管道是一种特殊的文件，这种文件只存在于内存中。

无名管道只能用于父子进程或兄弟进程之间，必须用于具有亲缘关系的进程间的通信。

无名管道只能由一端向另一端发送数据，是半双工方式，如果双方需要同时收发数据需要两个管道。

相关接口：

int pipe（int fd［2］）；

fd［2］：管道两端用fd［0］和fd［1］来描述，读的一端用fd［0］表示，写的一端用fd［1］表示。通信双方的进程中写数据的一方需要把fd［0］先close掉，读的一方需要先把fd［1］给close掉。

有名管道：

有名管道特点：

有名管道是FIFO文件，存在于文件系统中，可以通过文件路径名来指出。

有名管道可以在不具有亲缘关系的进程间进行通信。

相关接口：

int mkfifo（const char ＊pathname， mode＿t mode）；

pathname：即将创建的FIFO文件路径，如果文件存在需要先删除。

mode：和open（）中的参数相同。

消息队列

相比于 FIFO，消息队列具有以下优点：

消息队列可以独立于读写进程存在，从而避免了 FIFO 中同步管道的打开和关闭时可能产生的困难；

避免了 FIFO 的同步阻塞问题，不需要进程自己提供同步方法；

读进程可以根据消息类型有选择地接收消息，而不像 FIFO 那样只能默认地接收。

共享内存

进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间，所有进程都可以访问共享内存中的地址，如果某个进程向共享内存内写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问该共享内存的其他所有进程。

相关接口

创建共享内存：int shmget（key＿t key， int size， int flag）；

成功时返回一个和key相关的共享内存标识符，失败范湖范围－1。

key：为共享内存段命名，多个共享同一片内存的进程使用同一个key。

size：共享内存容量。

flag：权限标志位，和open的mode参数一样。

连接到共享内存地址空间：void ＊shmat（int shmid， void ＊addr， int flag）；

返回值即共享内存实际地址。

shmid：shmget（）返回的标识。

addr：决定以什么方式连接地址。

flag：访问模式。

从共享内存分离：int shmdt（const void ＊shmaddr）；

调用成功返回0，失败返回－1。

shmaddr：是shmat（）返回的地址指针。

其他补充

共享内存的方式像极了多线程中线程对全局变量的访问，大家都对等地有权去修改这块内存的值，这就导致在多进程并发下，最终结果是不可预期的。所以对这块临界区的访问需要通过信号量来进行进程同步。

但共享内存的优势也很明显，首先可以通过共享内存进行通信的进程不需要像无名管道一样需要通信的进程间有亲缘关系。其次内存共享的速度也比较快，不存在读取文件、消息传递等过程，只需要到相应映射到的内存地址直接读写数据即可。

信号量

在提到共享内存方式时也提到，进程共享内存和多线程共享全局变量非常相似。所以在使用内存共享的方式是也需要通过信号量来完成进程间同步。多线程同步的信号量是POSIX信号量，而在进程里使用SYSTEM  V信号量。

相关接口

创建信号量：int semget（key＿t key， int nsems， int semflag）；

创建成功返回信号量标识符，失败返回－1。

key：进程pid。

nsems：创建信号量的个数。

semflag：指定信号量读写权限。

改变信号量值：int semop（int semid， struct sembuf ＊sops， unsigned nsops）；

我们所需要做的主要工作就是串讲sembuf变量并设置其值，然后调用semop，把设置好的sembuf变量传递进去。

struct sembuf结构体定义如下：

struct sembuf｛
   short sem＿num；
   short sem＿op；
   short sem＿flg；
｝；

成功返回信号量标识符，失败返回－1。

semid：信号量集标识符，由semget（）函数返回。

sops：指向struct sembuf结构的指针，先设置好sembuf值再通过指针传递。

nsops：进行操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，需大于或等于1。最常见设置此值等于1，只完成对一个信号量的操作。

直接控制信号量信息：int semctl（int semid， int semnum， int cmd， union semun arg）；

semid：信号量集标识符。

semnum：信号量集数组上的下标，表示某一个信号量。

arg：union semun类型。

辅助命令

ipcs命令用于报告共享内存、信号量和消息队列信息。

ipcs －a：列出共享内存、信号量和消息队列信息。

ipcs －l：列出系统限额。

ipcs －u：列出当前使用情况。

套接字

与其它通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

20、虚拟内存的目的是什么？

虚拟内存的目的是为了让物理内存扩充成更大的逻辑内存，从而让程序获得更多的可用内存。

为了更好的管理内存，操作系统将内存抽象成地址空间。每个程序拥有自己的地址空间，这个地址空间被分割成多个块，每一块称为一页。

这些页被映射到物理内存，但不需要映射到连续的物理内存，也不需要所有页都必须在物理内存中。当程序引用到不在物理内存中的页时，由硬件执行必要的映射，将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的指令。

从上面的描述中可以看出，虚拟内存允许程序不用将地址空间中的每一页都映射到物理内存，也就是说一个程序不需要全部调入内存就可以运行，这使得有限的内存运行大程序成为可能。

例如有一台计算机可以产生 16 位地址，那么一个程序的地址空间范围是 0～64K。该计算机只有 32KB 的物理内存，虚拟内存技术允许该计算机运行一个 64K 大小的程序。

21、说一下你理解中的内存？他有什么作用呢？

结语

完了，白了个白！