【面试八股文之Linux系统编程】

1.Linux中你常用的命令有哪些？

pwd:现实当前工作目录的路径。

touch[文件名]：如果文件不存在，新建文件。

rm[文件名]：删除指定的文件或目录。

cp [源文件] [目标文件]：复制文件。

mv [源文件] [目标文件]：移动或重命名文件。

cat [文件名]：查看文件内容、创建文件、追加文件内容等功能。

more [文件名]：分屏显示文件内容。

grep [word] [文件名]：在文件中搜索指定的文本。

date：查看或设置系统时间。

cal：显示日历。

df：显示磁盘剩余空间。

ps：查看当前进程的状态。

top：动态显示运行中的进程并排序。

kill [进程ID]：结束指定的进程。

2. 进程、线程、协程是什么？有什么区别？

（1）进程：进程是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，是程序执行的实例。每个进程都有自己的独立内存空间和系统资源。进程是程序资源管理的最小单位。

（2）线程：线程是进程中的一个执行单元，也是处理器任务调度和分派的基本单位。一个进程可以包含多个线程，所有线程共享进程的资源，如内存空间和文件描述符等。线程是资源调度的最小单位。

（3）协程：协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制。协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。

区别：进程和线程的主要区别在于它们的内存空间：进程有自己独立的地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，一个进程无法直接访问另一个进程的变量和数据结构，需要通过进程间通信IPC机制（如管道、消息队列、共享内存等）来实现；而同一进程下的所有线程共享同一地址空间和系统资源。

线程和协程的主要区别在于协程的调度由用户自己控制，而线程的调度由操作系统内核负责。

3.有了进程，为什么还要有线程？

线程是为了解决进程在并发执行时所付出的时间和空间开销，提高并发性。线程相比进程有以下优点：

（1）资源消耗少：线程是一种非常节俭的多任务操作方式，相比进程需要更少的资源。一个进程的开销大概是线程的30倍左右。

（2）切换效率高：运行于一个进程中的多个线程，它们之间使用相同的地址空间，而且线程间彼此切换所需的时间比进程切换所需的时间少，从而提高了系统的效率。

（3）通信方便：线程之间共享程序的公共状态和资源，线程之间通过读-写内存中的公共状态来隐式通信，这使得线程间的通信更为方便，因为它们可以直接访问对方的内存。

（4）利用多处理器系统：多线程可以充分利用多处理器系统。在这样的系统中，每个线程可以在不同的处理器上运行。

线程缺点：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都会死掉，会影响其他线程。所以多进程比多线程更加健壮。

4.何时用多进程、何时用多线程？

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

5. 进程间通信的方式？

多个进程在用户空间是相互独立的，但是它们的内核空间是共用的。因此多进程通信大多得通过内核空间进行通信。

（1）管道

无名管道：半双工，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。本质是在内存创建一个特殊的文件进行通信，但是在文件系统中是不存在的。

有名管道：命名管道则允许无亲缘关系进程间的通信。它以一种特殊设备文件的形式存在于文件系统路径中。

（2）消息队列：消息队列是将消息放在链表上，链表存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

（3）共享内存：共享内存就是将一段内存映射到多个进程间独立的虚拟内存空间去，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的，因为它减少了系统调用，从而减少了内核空间和用户空间数据的拷贝过程，之前的方式都得通过系统调用进入内核进行通信。

（4）信号量：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。常用的是二值信号量进行PV操作达到进程间同步和互斥的效果。

（5）套接字：套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

6.线程间通信（同步互斥）的几种方式？

线程共享进程的资源，线程间已经可以直接相互访问，所以说线程间通信，更多想要的是线程同步互斥

通信：

（1）临界区：每个线程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个线程使用的共享资源）。每次只准许一个线程进入临界区，进入后不允许其他线程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个线程必须互斥地对它进行访问。

同步互斥：

(2)互斥锁：用互斥对象机制，只有拥有锁的线程才可以访问。用于确保同一时间只有一个线程访问共享资源。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。

（3）条件变量：通过条件变量通知操作的方式来保持多线程同步。

（4）读写锁：读写锁与互斥锁类似。但互斥量要么是锁住状态，要么就是不加锁状态。读写锁一次只允许一个线程写，但允许多个线程读，这样效率就比互斥锁要高。

（5）自旋锁：效果和互斥锁相似，但是互斥量阻塞以后会让出cpu休眠等待，但是自旋锁阻塞以后不会休眠，会一直等待获取锁，减少了线程从休眠到唤醒的资源时间消耗。但自旋锁不适用于单核cpu。

（6）信号量：信号量是一个计数器，也可以用来控制多个线程对共享资源的访问。它通常作为一种锁机制，防止线程进入临界区。互斥锁和信号量的区别在于，互斥锁只能达到互斥的效果，但是信号量同时能达到互斥和同步的效果，一般互斥锁搭配条件变量达到同步互斥的效果。

7.Linux多进程开发中，怎么创建一个进程？

在Linux多进程开发中，创建一个新的进程通常使用fork()函数。fork()函数会创建一个新的进程，这个新进程是当前进程的一个副本。在父进程中，fork()返回新创建的子进程的ID，而在子进程中，fork()返回0。因此，我们可以通过fork()的返回值来判断当前进程是父进程还是子进程。

此外，vfork()函数也可以用来创建新的进程。与fork()不同，vfork()创建的子进程会抢占父进程的资源，导致父进程无法继续运行，只有等到子进程结束后，父进程才能继续运行。

创建新进程后，你可能需要使用exec()函数族来执行新的程序。exec()函数族会用一个新的程序替换当前进程的内存空间。

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

int main() {
    printf("+++process %d start running!ppid = %d\\n", getpid(), getppid());

    pid_t pid = fork();

    if (pid) { //父进程
        printf("parent:process %d start running!ppid = %d\\n", getpid(), getppid());
        //do something
        //...
    } else { //子进程
        printf("child:process %d start running!ppid = %d\\n", getpid(), getppid());
        //do something
        //...
        exit(0);
    }

    exit(0);
}