操作系统面试重点：select、poll、epoll详解

"操作系统相关问题，包括IO多路复用机制如select、poll、epoll的详解，以及内存管理和虚拟内存、页式内存管理、页面大小、调度算法和作业与进程等核心概念" 操作系统是计算机系统中的核心软件，它管理硬件资源，提供软件运行的环境，协调并控制计算机的所有活动。在操作系统中，有多种机制用于提高系统效率和资源利用率，如IO多路复用。本文件主要探讨了IO多路复用中的`select`、`poll`和`epoll`，以及内存管理的相关概念。 ### IO多路复用 IO多路复用是一种处理并发I/O请求的技术，它允许一个进程等待多个文件描述符的事件发生，而不是为每个描述符创建单独的线程或进程。这样可以有效地减少系统资源的消耗，特别是当处理大量并发连接时。 1. **select**: 是最早的IO多路复用机制，其限制在于可以监视的文件描述符数量有限（通常为1024个），并且对于大量描述符的检查效率较低。 2. **poll**: 解决了`select`的文件描述符数量限制问题，但仍然需要遍历整个描述符列表来查找就绪的文件描述符，效率问题依然存在。 3. **epoll**: `epoll`是Linux内核提供的一种更高效的IO多路复用机制，它引入了边缘触发（ET）和水平触发（LT）两种模式，并使用了内核对象Epoll实例，通过`epoll_ctl`注册和管理文件描述符，以及`epoll_wait`等待事件，从而实现了高效的通知机制。 ### 内存管理与虚拟内存 内存管理是操作系统的关键组成部分，它涉及到如何分配、回收内存，以及如何解决地址映射等问题。虚拟内存是现代操作系统中的一个重要特性，它使得程序可以认为拥有连续的、私有的地址空间，即使实际物理内存可能是分散的。虚拟内存通过页表进行管理，将逻辑地址映射到物理地址。 ### 页式内存管理 页式内存管理将物理内存划分为固定大小的页，程序的虚拟地址空间也被划分为相同大小的页。当程序执行时，页表用来翻译虚拟地址到物理地址。页大小的选择对系统性能有很大影响，例如x86架构通常选择4KB页面是因为这种大小既能满足大多数需求，又不会导致过多的页表项，从而降低内存管理的开销。 ### 调度算法 调度算法是操作系统中决定哪个进程或线程应获得CPU执行权的重要策略。常见的调度算法包括： 1. 先来先服务（FCFS） 2. 短进程优先（SPF） 3. 时间片轮转（RR） 4. 高响应比优先（HRN） 5. 多级反馈队列（MLFQ） ### 作业和进程 作业是操作系统的抽象，代表了一个完整的计算任务，它可以包含一个或多个进程。进程则是执行程序的实例，每个进程都有自己的独立内存空间和执行上下文。进程间的通信和同步是操作系统中解决并发问题的关键。 总结，操作系统是计算机系统的核心，其功能涵盖了资源管理、任务调度、内存分配等多个方面。理解和掌握这些核心概念对于任何从事系统开发或运维的人来说都至关重要。