Linux内核面试深度解析

"这些面试题涵盖了Linux内核的多个核心领域，包括内核锁机制、内存管理、进程通信、文件系统、系统调用、进程调度、模块管理、设备驱动等，旨在测试应试者对Linux内核理解的深度和广度。" 1) Linux中主要有以下几种内核锁：自旋锁、读写锁、信号量、顺序锁等，它们用于保护共享资源的并发访问。 2) Linux中的用户模式和内核模式是CPU的两种执行状态。用户模式下，程序不能直接访问硬件资源，而内核模式则允许直接操作硬件，拥有更高的权限。 3) 大块内核内存的申请通常通过kmalloc、__get_free_pages或alloc_pages等函数完成，这些函数会确保分配到连续的物理内存页。 4) 用户进程间的通信方式主要包括管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等。 5) 伙伴系统申请内核内存的函数有kmalloc、kfree等，它们利用buddy算法管理内存块。 6) slab分配器用于高效地分配和回收小对象，常见的函数有kmem_cache_create、kmem_cache_alloc和kmem_cache_free等。 7) 在32位系统中，Linux内核空间通常占用高端内存（例如，从虚拟地址0xC0000000开始），用户空间则占据低端内存（从0x00000000开始）。 8) vmalloc()函数申请的内存位于虚拟地址空间的高端，不保证连续的物理地址，但虚拟地址是连续的。 9) 用户程序使用malloc()申请的内存通常在堆上，其范围取决于系统的可用内存和堆的大小。 10) 支持MMU的系统中，Linux内核运行在虚拟地址模式，而用户程序也在虚拟地址模式下运行，通过MMU进行地址转换。 11) ARM处理器通常使用两级页表进行存储空间映射，但在某些架构中也可能使用三级页表。 12) Linux通过虚拟文件系统(VFS)组件实现对多种文件系统的支持，VFS提供了一层抽象，使得不同的文件系统可以统一接口与用户交互。 13) VFS的关键数据结构包括：超级块(s超级块)、i节点(inode)、文件(file)等。 14) 对文件或设备的操作函数保存在i节点(inode)的数据结构中，每个i节点对应文件系统的特定对象。 15) Linux中的文件包括普通文件、目录文件、符号链接、设备文件等。 16) 创建进程的系统调用有fork、vfork、clone等，它们可以创建新的进程副本。 17) 进程切换可以通过调度器主动调用schedule()或者中断处理后返回时自动触发。 18) Linux调度程序基于CFS(Completely Fair Scheduler)，主要根据进程的动态优先级（即执行时间）进行调度。 19) 进程调度的核心数据结构是runqueue，它维护了可运行进程的列表。 20) 模块可以通过insmod、rmmod命令加载和卸载；动态模块可以在运行时加载，而不需要重新编译整个内核。 21) 模块运行在内核空间，应用程序则运行在用户空间。 22) Linux内核实现了FPU支持，浮点运算既可以由应用程序也可以由内核实现，取决于硬件和配置。 23) 模块程序可以使用静态链接的库函数，但不能直接使用动态链接库。 24) TLB（Translation Lookaside Buffer）缓存的是虚拟地址到物理地址的映射关系，加速地址转换过程。 25) Linux中的设备分为字符设备和块设备，还有网络设备、伪设备等。 26) 字符设备驱动程序的关键数据结构是struct cdev，它定义了设备的操作函数集。 27) 设备驱动程序通常包括初始化、打开、关闭、读写、控制等功能函数。 28) 设备通常通过主次设备号来唯一标识，主设备号表示设备类型，次设备号区分同一类型的多个设备。 29) Linux通过陷阱(trap)或系统调用中断实现系统调用，用户态程序通过特定指令（如int 0x80在x86上）进入内核态执行系统调用。 30) Linux软中断和工作队列主要用于处理中断服务程序不能立即完成的工作，软中断是快速执行的任务，而工作队列则用于将任务放到内核线程中异步执行。