操作系統
1. 什么是進程和線程？它們的核心區別是什么？
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專業解答：
進程是操作系統分配資源的基本單位，擁有獨立的內存空間；線程是進程內的執行單元，共享同一進程的資源。區別在于：進程間資源隔離，線程間資源共享；進程切換開銷大，線程切換開銷小。 -
初中生版：
進程像獨立工廠，每個工廠有自己機器和材料；線程是工廠里的工人，共享資源。工人協作高效，但一個工人出錯可能影響整個工廠。
2. 進程間通信（IPC）有哪些方式？簡述管道和共享內存的實現原理。
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專業解答：
IPC方式包括管道、共享內存、消息隊列、信號量、套接字。- 管道：單向數據流，通過內核緩沖區傳遞數據。
- 共享內存：進程映射同一塊物理內存，需配合信號量同步。
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初中生版：
進程通信像兩個工廠合作：- 管道是單向傳送帶，A廠放貨，B廠取貨。
- 共享內存是共用倉庫，但需管理員協調避免沖突。
3. 什么是死鎖？如何避免和檢測死鎖？
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專業解答：
死鎖是進程循環等待資源導致僵局。避免方法如銀行家算法；檢測需分析資源分配圖是否存在環。 -
初中生版：
死鎖像四個人各拿一只筷子等對方放手。
避免：規定拿齊筷子才能吃飯；檢測：觀察是否有人一直拿不到筷子。
4. 分頁和分段的主要區別是什么？
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專業解答：
分頁將內存分固定大小頁，減少碎片；分段按邏輯模塊分段，段長可變，易產生碎片。 -
初中生版：
分頁像切固定大小的紙片存檔；分段像按章節分書，章節長短不一可能浪費空間。
5. 虛擬內存的作用是什么？如何通過TLB加速地址轉換？
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專業解答：
虛擬內存允許進程使用比物理內存更大的地址空間，通過分頁機制擴展。TLB緩存最近頁表項，減少內存訪問。 -
初中生版：
虛擬內存像書桌：常用書放桌面（內存），其他放書架（硬盤）。TLB是便簽本，記錄最近用過的書頁位置。
6. 頁面置換算法有哪些？LRU和LFU的區別是什么？
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專業解答：
常見算法：LRU（最近最少使用）、LFU（最不經常使用）。LRU淘汰最久未訪問頁，LFU淘汰訪問次數最少頁。 -
初中生版：
書包只能裝5本書：- LRU：扔掉最久沒看的書；
- LFU：扔掉看得最少的書。
7. 什么是上下文切換？何時會發生上下文切換？
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專業解答：
上下文切換是保存當前進程狀態并加載新進程狀態的過程，發生在進程/線程切換、中斷或系統調用時。 -
初中生版：
像做作業時被叫去倒垃圾：記住做到哪題（保存狀態），回來繼續（恢復狀態）。切換越頻繁，效率越低。
8. 進程調度算法有哪些？多級反饋隊列調度如何工作？
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專業解答：
算法包括FCFS、SJF、RR、MLFQ。MLFQ設多級隊列，高優先級隊列時間片小，低優先級時間片大，動態調整進程優先級。 -
初中生版：
多級反饋隊列像游樂場排隊：急事走快速通道（高優先級），慢任務去普通通道（低優先級）。插隊太多會被降級。
9. 什么是臨界區？如何用信號量解決生產者-消費者問題？
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專業解答：
臨界區是訪問共享資源的代碼段。信號量通過wait()和signal()控制資源訪問，同步緩沖區狀態。 -
初中生版：
臨界區像公共廁所隔間，一次進一人。信號量是計數器：進隔間減1，出隔間加1，為0時需等待。
10. 什么是僵尸進程和孤兒進程？如何避免？
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專業解答：
僵尸進程結束但未被回收，保留PID；孤兒進程被init接管。父進程需調用wait()回收子進程。 -
初中生版：
- 僵尸進程：氣球爆了但繩子還拴著；
- 孤兒進程：孩子被社區阿姨收養。
解決：及時清理氣球（調用wait()）。
11. 文件系統的inode是什么？如何通過inode管理文件存儲？
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專業解答：
inode存儲文件元數據（權限、大小、時間戳）和數據塊指針，通過inode號唯一標識文件。 -
初中生版：
inode像圖書館的書目卡：記錄書的位置、作者、出版時間，但不存書內容。找書先查卡，再按地址取書。
12. 磁盤調度算法有哪些？SCAN和C-SCAN的區別是什么？
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專業解答：
算法包括FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN。SCAN（電梯算法）雙向移動磁頭；C-SCAN單向循環掃描。 -
初中生版：
SCAN像電梯上下接送乘客；C-SCAN只上到頂后直接跳到底層，再繼續上行。
13. 什么是RAID？RAID 0、RAID 1、RAID 5的特點是什么？
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專業解答：
RAID通過多磁盤組合提升性能或可靠性。- RAID 0：條帶化，提升性能但無冗余；
- RAID 1：鏡像，數據完全冗余；
- RAID 5：分布式奇偶校驗，兼顧性能和冗余。
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初中生版：
RAID像存錢方式：- RAID 0：錢分兩份存不同銀行，取錢快但一家倒閉就全丟；
- RAID 1：兩份存折完全復制，安全但浪費空間；
- RAID 5：錢分三份，每份加密碼，壞一份也能恢復。
14. 操作系統如何實現多任務并發？
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專業解答：
通過時間片輪轉和上下文切換，快速切換進程/線程，宏觀上實現“同時”運行。 -
初中生版：
像魔術師同時拋三個球：快速切換手的動作，看起來所有球都在空中。
15. 什么是系統調用？用戶態和內核態的區別是什么？
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專業解答：
系統調用是用戶程序請求內核服務的接口。用戶態權限低，內核態權限高，通過軟中斷切換。 -
初中生版：
用戶態像普通員工只能用辦公電腦；內核態像管理員能操作服務器。員工需申請（系統調用）才能讓管理員執行特權操作。
16. 什么是DMA（直接內存訪問）？它如何提升I/O效率？
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專業解答：
DMA允許外設直接讀寫內存，無需CPU介入，減少CPU等待時間。 -
初中生版：
DMA像快遞員直接把包裹放進你家儲物柜，不用每次都找你簽收（CPU）。
17. 什么是SPOOLing技術？舉例說明其應用場景。
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專業解答：
SPOOLing將獨占設備模擬為共享設備，如打印機任務先存入磁盤隊列，再由守護進程處理。 -
初中生版：
SPOOLing像食堂打飯：先寫需求到紙條（磁盤隊列），后廚按順序處理，避免擠在窗口。
18. 什么是內核模塊？動態加載模塊的作用是什么？
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專業解答：
內核模塊是可動態加載的代碼片段，擴展內核功能（如驅動），無需重啟系統。 -
初中生版：
內核模塊像樂高積木：需要新功能時，直接插上對應積木（模塊），不用拆整個玩具（重啟）。
19. 什么是進程的地址空間？代碼段、數據段、堆棧段的作用是什么？
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專業解答：
地址空間是進程的虛擬內存區域。- 代碼段：存放程序指令；
- 數據段：存放全局變量；
- 堆棧段：堆存動態數據，棧存函數調用和局部變量。
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初中生版：
進程地址空間像書包：- 代碼段是課本；
- 數據段是文具盒；
- 堆是零食袋（隨時增減），棧是作業本（按順序使用）。
20. 什么是寫時復制（Copy-on-Write）？如何優化fork()的性能？
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專業解答：
寫時復制在fork()時共享父進程內存，僅在寫操作時復制，減少內存開銷。 -
初中生版：
寫時復制像共享筆記：兩人共用同一本筆記，只有當一方要修改時，才復印一頁自己改。
21. 什么是設備驅動程序？為什么需要它？
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專業解答：
設備驅動是操作系統與硬件的橋梁，封裝硬件操作細節，提供統一接口。 -
初中生版：
驅動程序像翻譯官：把操作系統的指令翻譯成硬件能聽懂的語言（如打印機驅動）。
22. 什么是微內核和宏內核？它們的優缺點是什么？
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專業解答：
- 微內核：最小化內核功能，服務運行在用戶態，模塊化強但通信開銷大；
- 宏內核：內核集成更多服務，效率高但擴展性差。
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初中生版：
微內核像小政府：只管核心事務，其他外包；宏內核像大政府：事事親力親為，效率高但難調整。
23. 什么是實時操作系統（RTOS）？其調度策略有何特殊性？
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專業解答：
RTOS保證任務在確定時間內完成，調度策略如優先級搶占，硬實時（嚴格截止時間）和軟實時（盡量滿足）。 -
初中生版：
RTOS像準時公交：必須按時到站（硬實時），或盡量準點但允許偶爾遲到（軟實時）。
24. 什么是內存泄漏？如何檢測和避免？
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專業解答：
內存泄漏是已分配內存未釋放，導致可用內存減少。需通過工具（如Valgrind）檢測，代碼規范避免。 -
初中生版：
內存泄漏像水龍頭沒關緊：水（內存）一直流走，最終水池（系統）干涸。需檢查水管（代碼）是否關嚴。
25. 什么是緩存替換策略？為什么LRU比FIFO更高效？
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專業解答：
緩存替換策略決定淘汰哪些數據。LRU基于時間，FIFO基于順序。LRU更適應局部性原理。 -
初中生版：
LRU像整理衣柜：最近沒穿的衣服先扔；FIFO像排隊，先放進衣柜的先扔。LRU更懂你最近的需求。
26. 什么是文件描述符？Linux中文件描述符的限制如何調整？
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專業解答：
文件描述符是內核用于追蹤打開文件的索引。可通過ulimit或修改/etc/security/limits.conf調整限制。 -
初中生版：
文件描述符像圖書館借書卡的編號。如果編號用完了（默認1024），需找管理員（修改配置）增加額度。
27. 什么是信號（Signal）？如何通過信號實現進程間通信？
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專業解答：
信號是異步通知機制（如SIGKILL終止進程）。進程可注冊信號處理函數響應事件。 -
初中生版：
信號像手機通知：收到短信（信號）時，手機（進程）會響鈴或震動（執行處理函數）。
28. 什么是原子操作？如何通過CAS實現無鎖編程？
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專業解答：
原子操作是不可中斷的操作。CAS（Compare-And-Swap）通過比較并交換實現無鎖數據結構。 -
初中生版：
原子操作像搶椅子游戲：只有音樂停下（比較成功）時才能坐下（修改數據），否則重試。
29. 什么是進程的優先級反轉？如何解決？
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專業解答：
低優先級進程持有資源導致高優先級進程等待。可通過優先級繼承協議解決。 -
初中生版：
優先級反轉像VIP用戶（高優先級）等普通用戶（低優先級）還書。解決方法：讓普通用戶臨時升級為VIP還書。
30. 什么是容器化技術（如Docker）？與傳統虛擬化有何區別？
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專業解答：
容器共享宿主機內核，輕量級；傳統虛擬化需模擬完整硬件，資源開銷大。 -
初中生版：
容器像獨立房間：共用整棟樓的水電（內核），但彼此隔音；虛擬化像每套房自帶發電機（虛擬硬件），更耗電。
