操作系统面试真题总结（三）

news2024/11/14 17:32:46

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什么是进程？

在操作系统中，进程是指正在执行的程序实例。

它是计算机系统中的基本执行单位，拥有独立的内存空间和系统资源。

每个进程都有自己的指令序列、数据和执行环境。

进程的创建是通过操作系统调度和管理的，当一个程序被执行时，操作系统会为其创建一个独立的进程。

每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID），用于在系统中标识和管理进程。

进程的主要特征包括：

独立性：
每个进程都有独立的内存空间和系统资源，不会受其他进程的影响。

执行状态：
进程可以处于运行、就绪、阻塞等不同的执行状态，根据进程调度算法决定执行顺序。

上下文切换：
由于操作系统需要在不同进程之间进行切换，进程可以通过上下文切换保存和恢复自己的执行环境。

通信与同步：
进程可以通过进程间通信机制实现信息的交换和共享资源，也可以通过同步机制实现协调和合作。

进程有哪些常见状态？

进程可以处于以下五种状态：

运行状态（Running）：

正在CPU上执行指令的进程处于运行状态。

等待状态（Waiting）：

也称作阻塞状态。
当进程需要某些资源以继续运行（例如，等待用户输入或等待文件读取）时，它将转入等待状态。
直到所需资源可用时，才会被重新放入可运行队列。

就绪状态（Ready）：

当进程已经准备好在CPU上运行，但由于其他进程正在CPU上运行，而暂时无法运行，此时就处于就绪状态。
就绪状态的进程会被放在一个队列中，等待CPU资源。

创建状态（New）：

当进程刚被创建但还未被调度到运行时，它处于创建状态。

终止状态（Terminated）：

一个进程完成了它的全部工作，或者被其他进程杀死，或者出现异常终止时，它就处于终止状态。
此时，操作系统将回收进程占用的资源并销毁该进程。

这些状态之间的转变会根据CPU调度，资源申请等情况来进行。

什么是僵尸进程？

僵尸进程（Zombie Process）指的是一个已经结束执行的子进程

但其父进程尚未调用wait()或waitpid()函数来获取子进程的终止状态信息。
在这种情况下，子进程的进程控制块(PCB)仍然存在系统中，但没有正常退出，因此处于僵尸状态。

僵尸进程的主要原因是进程在结束执行后，父进程并没有及时处理子进程的终止状态信息。

通常，父进程会通过调用wait()或waitpid()函数来等待子进程的退出，并获取其终止状态。

若父进程没有这样做，子进程就会成为僵尸进程。

僵尸进程不会占用系统资源（如CPU、内存等）

它们只占用一个进程ID（PID）和一些系统资源（如进程表项、部分内存等）。

但如果系统中存在大量僵尸进程，可能会耗尽可用的资源。

虽然僵尸进程本身无害，但过多的僵尸进程可能是不可取的。

为了避免僵尸进程的积累，父进程应适时调用wait()或waitpid()来获取终止状态信息
并通过kill()或终止自身来回收僵尸进程。
在某些情况下，可以使用信号处理程序，如SIGCHLD信号来自动处理子进程的退出状态。

总之，僵尸进程是指在父进程没有及时回收子进程终止状态时，子进程成为已经结束但仍占用系统资源的状态。

及时处理子进程的终止状态，是保持系统健康运行的重要措施。

如何僵尸进程太多，会出现什么问题？

当系统中存在太多的僵尸进程时，可能会导致以下问题：

资源浪费：

僵尸进程会占用系统的一些资源（如PID、内存等）
当僵尸进程过多时，会导致系统的资源浪费，降低系统的运行效率。

进程管理困难：

僵尸进程会使得进程管理变得复杂。
在进程终止后，其父进程需要调用wait()函数或者相关的系统调用来回收其资源
如果父进程没有正确处理僵尸进程，会导致僵尸进程无法完全终止并释放资源。

进程满载：

在某些情况下，如果系统产生大量的僵尸进程，可能会导致系统的进程表被填满，无法再创建新的进程来运行其他任务。

内存泄漏：

僵尸进程的资源无法被回收释放，可能会导致内存泄漏问题，最终导致系统的性能降低或崩溃。

因此，及时处理僵尸进程是非常重要的，可以采取合适的方法来清理僵尸进程

如使用适当的系统调用来回收资源，或者通过编写合适的代码来处理僵尸进程。

如何处理过多的僵尸进程？

处理过多僵尸进程的几种方法：

修复父进程：

确保父进程正确处理子进程的终止状态，使用wait()或waitpid()等系统调用来回收僵尸进程的资源。
父进程在fork子进程后，应该在适当的时候使用这些系统调用来检查子进程的终止状态，并进行处理。

手动杀死僵尸进程：

可以使用kill命令结合僵尸进程的PID来手动杀死僵尸进程。
使用命令ps aux | grep Z来查找僵尸进程的PID，然后使用kill PID命令来杀死该进程。
但这只是临时性的处理方式，仍然需要修复父进程来避免僵尸进程的产生。

编写垃圾回收程序：

可以编写一个定期运行的垃圾回收程序来扫描系统中的僵尸进程，并回收它们的资源。
这个程序可以使用系统调用waitpid()来检查并回收僵尸进程的资源。

修改子进程创建方式：

通过修改子进程的创建方式，可以避免产生僵尸进程。
例如，使用fork()后紧接着调用exec()或_exit()来替换原始的进程映像
并在父进程中忽略SIGCHLD信号，这样子进程终止时不会成为僵尸进程。

调整系统资源限制：

适当调整系统的资源限制，如进程表大小、最大进程数等限制，以防止系统中过多的僵尸进程积累。

不同的方法可以根据实际情况进行选择和组合，以有效地处理过多的僵尸进程。