計算機網絡編程和并發的知識

OSI七層協議

OSI（Open Systems Interconnection）模型是一個七層的網絡通信模型，用于標準化不同層級的網絡通信。從下到上分別是：

物理層（Physical Layer）：負責在物理媒介上傳輸原始的比特流。
數據鏈路層（Data Link Layer）：負責在相鄰網絡設備之間傳輸幀，處理MAC地址。
網絡層（Network Layer）：負責數據包從源到宿的傳輸和路由選擇。
傳輸層（Transport Layer）：負責提供端到端的數據傳輸服務，如TCP和UDP。
會話層（Session Layer）：負責建立、管理和終止應用程序之間的會話。
表示層（Presentation Layer）：負責數據的表示、編碼和轉換，確保一個系統的應用層所發送的信息能被另一個系統的應用層讀取。
應用層（Application Layer）：為應用軟件提供網絡服務。

C/S和B/S架構

C/S架構（Client/Server）：客戶端/服務器架構，客戶端通過請求服務器來獲取資源或處理信息。C/S架構通常用于桌面應用程序。
B/S架構（Browser/Server）：瀏覽器/服務器架構，用戶通過瀏覽器訪問服務器上的資源或服務。B/S架構通常用于Web應用程序。

三次握手、四次揮手流程

三次握手：建立TCP連接的過程，包括：
1. 客戶端發送SYN（同步序列編號）報文給服務器，請求建立連接。
2. 服務器收到SYN后，發送SYN-ACK（同步確認）報文回應客戶端。
3. 客戶端收到SYN-ACK后，發送ACK（確認）報文完成連接建立。
四次揮手：TCP連接的終止過程，包括：
1. 客戶端發送FIN（結束）報文給服務器，請求關閉連接。
2. 服務器收到FIN后，發送ACK報文回應客戶端，并準備關閉。
3. 服務器發送FIN報文給客戶端，請求關閉其到客戶端的連接。
4. 客戶端收到服務器的FIN后，發送ACK報文回應服務器，并正式關閉連接。

ARP協議

ARP（Address Resolution Protocol）協議用于將網絡層的IP地址解析為數據鏈路層的MAC地址，以便于在局域網內發送數據幀。

TCP和UDP的區別

TCP（Transmission Control Protocol）：傳輸控制協議，提供可靠的、面向連接的、基于字節流的傳輸服務。
UDP（User Datagram Protocol）：用戶數據報協議，提供快速但不可靠的、無連接的傳輸服務。

局域網和廣域網

局域網（LAN, Local Area Network）：覆蓋較小地理范圍（如一個辦公室或校園）的計算機網絡。
廣域網（WAN, Wide Area Network）：覆蓋廣泛地理范圍的計算機網絡，如跨國或全球網絡。

基于TCP協議的通信更可靠的原因

TCP協議提供超時重傳、數據校驗、流量控制和有序傳輸等機制，確保數據正確、完整地發送到接收端。

Socket

Socket是一種通信抽象，用于實現網絡通信。基于TCP協議的套接字通信流程包括：

服務器創建套接字，并綁定到端口上監聽。
服務器接受客戶端的連接請求。
客戶端創建套接字，并連接到服務器的IP地址和端口。
雙方通過套接字進行數據傳輸。
數據傳輸完成后，任一方可以關閉連接。

粘包問題

粘包是指在使用TCP協議傳輸數據時，多個數據包被一起傳輸，接收方無法區分數據包界限的現象。

造成粘包的原因：

應用程序寫入的數據小于套接字緩沖區的大小，導致多次寫操作將數據累計在緩沖區中，一次讀操作就讀取了多次寫入的數據。

發生粘包的情況：

當發送的數據小于TCP緩沖區的大小。
當TCP底層將多次發送的數據合并為一次發送。
當接收方的讀取速度小于發送方。

IO多路復用的作用

IO多路復用（如select、poll、epoll）允許單個進程或線程監視多個輸入源（如文件描述符），并在有數據可讀或可寫時得到通知。它的作用包括：

提高程序的并發能力，用單個線程處理多個IO操作。
減少資源消耗，避免為每個IO操作創建線程。
提升性能，特別是當處理大量并發連接時。

什么是防火墻以及作用？

防火墻是一種網絡安全系統，用于監控進出網絡流量并根據預定的安全規則進行過濾。其作用主要包括：

防止未經授權的訪問：確保只有合法的流量能夠進入或離開網絡。
過濾內容：阻止惡意軟件、垃圾郵件等。
管理流量：控制數據流，優化網絡性能。

select、poll、epoll 模型的區別？

select 模型：
- 基于文件描述符的數組。
- 每次調用都需要遍歷整個數組，檢查哪些文件描述符處于就緒狀態。
- 有最大文件描述符限制（通常為1024）。
poll 模型：
- 與select類似，但使用鏈表結構，沒有數量限制。
- 同樣需要在每次調用時遍歷整個鏈表。
epoll 模型：
- 基于事件的I/O通知機制。
- 僅返回那些狀態發生變化的文件描述符。
- 沒有數量限制，且效率比select和poll高。

進程、線程、協程的區別以及應用場景？

進程：
- 操作系統進行資源分配和調度的基本單位。
- 擁有獨立的內存空間。
- 適用于執行獨立運行的程序。
線程：
- 進程中的一個執行流，共享進程的資源。
- 適用于執行多任務并行操作。
協程：
- 用戶態的輕量級線程，由程序控制。
- 適用于I/O密集型任務，避免線程的創建和銷毀開銷。

GIL鎖是什么？

GIL（Global Interpreter Lock）是Python解釋器中的全局解釋器鎖，它確保在任意時刻，只有一個線程執行Python字節碼。GIL鎖的主要作用是簡化CPython實現中對象的內存管理和同步問題。

Python中如何使用線程池和進程池？

Python的concurrent.futures模塊提供了ThreadPoolExecutor和ProcessPoolExecutor來創建線程池和進程池。

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, ProcessPoolExecutor# 使用線程池
with ThreadPoolExecutor(max_workers=5) as executor:results = list(executor.map(lambda x: x*x, range(10)))# 使用進程池
with ProcessPoolExecutor(max_workers=5) as executor:results = list(executor.map(lambda x: x*x, range(10)))

threading.local的作用？

threading.local()用于創建線程局部數據，每個線程都有自己的獨立副本，互不影響。常用于線程中的變量隔離。

進程之間如何進行通信？

進程間通信（IPC）可以通過以下方式：

管道（Pipes）：用于父子進程或兄弟進程間通信。
消息隊列（Message Queues）：用于在進程間發送消息。
共享內存（Shared Memory）：允許多個進程訪問同一塊內存區域。
套接字（Sockets）：用于進程間網絡通信。

什么是并發和并行？

并發：
- 兩個或多個事件在同一時間段內發生。
- 在多線程環境中，多個任務交替執行。
并行：
- 兩個或多個事件同時發生。
- 在多核處理器上，多個任務可以真正地同時運行。

進程鎖和線程鎖的作用？

進程鎖：
- 確保多個進程在訪問共享資源時的互斥。
線程鎖：
- 確保同一進程內多個線程在訪問共享資源時的互斥。

解釋什么是異步非阻塞？

異步非阻塞指的是在程序執行過程中，當遇到需要等待的操作（如I/O）時，不會阻塞當前執行的線程或進程，而是允許其他任務繼續執行。這樣可以提高程序的響應性和效率，特別是在I/O密集型應用中。

路由器和交換機的區別：

路由器：
- 工作在OSI模型的網絡層。
- 負責在不同網絡之間轉發數據包，并進行路徑選擇。
- 可以連接不同的網絡，如局域網和互聯網。
- 具有IP地址分配和網絡地址轉換（NAT）功能。
交換機：
- 工作在OSI模型的數據鏈路層。
- 負責在局域網內部轉發數據幀。
- 通過MAC地址表來決定數據幀的去向。
- 不具備跨網絡的路由功能。