Linux内核同步与进程通信深度解析

"Linux面试专题包含了对Linux操作系统深入理解的关键知识点，主要涵盖了内核锁、用户模式与内核模式的概念、内存分配、进程通信、虚拟文件系统、文件操作及进程创建等方面的问题。" 1) Linux中主要有两种内核锁：自旋锁和信号量。自旋锁用于短时间的同步，当一个线程尝试获取已被占用的自旋锁时，它会进入忙循环，等待锁释放。信号量则允许线程在无法获取锁时进入睡眠状态，适合于需要长时间保持锁的情况。 2) Linux中的用户模式和内核模式是CPU的两种运行状态。用户模式下的进程受到限制，不能直接访问硬件资源，需要通过系统调用来请求内核服务。内核模式则拥有完全的权限，可以访问所有资源，并处理系统调用、中断和异常。 3) 大块内核内存的申请通常使用kmalloc函数，该函数可以根据需要分配不同大小的内存块。对于非常大的内存需求，还可以使用kmem_cache_alloc从特定的缓存中分配内存。 4) 用户进程间的通信方式主要有管道(Pipe)、消息队列、共享内存、信号量、套接字(Socket)等。 5) 通过伙伴系统申请内核内存的函数有kmalloc、__get_free_pages等。伙伴系统是Linux内核中管理内存页的一种高效方法，它可以快速地分配和回收内存块。 6) Linux虚拟文件系统的关键数据结构包括：超级块(super_block)、i节点(inode)、文件(file)和文件系统类型(file_system_type)等。这些结构共同构成了文件系统的抽象层，支持各种不同的文件系统。 7) 对文件或设备的操作函数保存在文件操作结构(file_operations)中，这个结构包含了一系列的函数指针，如读写、打开、关闭等操作。 8) Linux中的文件包括普通文件、目录文件、符号链接、设备文件、管道文件、套接字等，它们都有相应的i节点来存储元数据。 9) 创建进程的系统调用主要包括fork、vfork、clone等，这些调用可以创建新的进程副本。 10) 进程切换可以通过主动调用schedule()函数或者在中断和异常处理后由内核自动触发。主动切换通常发生在当前进程阻塞、时间片用尽或者优先级更高的进程就绪时。 这些面试问题覆盖了Linux核心概念和实际操作，对于理解和掌握Linux系统有着重要的作用。