这份资料涵盖了 Linux 系统编程 的核心内容，包括进程管理、线程编程、IPC（进程间通信）、同步互斥机制等高频面试题。

为了方便记忆和复习，我将其重新梳理为 进程管理、进程间通信 (IPC)、多线程编程、同步互斥 四大板块，并保留了所有关键名词和细节。

搭配下面的播客使用效果更佳

📂 第一板块：进程管理

这部分考察对操作系统核心概念的理解，以及进程的生命周期。

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什么是进程 必问 进程是一个正在执行的程序，也是 CPU 资源分配的基本实体。
进程在系统的进程队列 (task list) 中调度，该队列由进程控制块 (task_struct) 组成。一个 task_struct 管理一个进程。系统会为进程分配一个虚拟内存空间，通过页表映射到物理内存。
进程控制块 (PCB) 包含哪些信息 了解 1. 身份信息：进程ID (PID)、用户ID (UID)、组ID (GID)。
2. 状态信息：程序计数器 (PC)、CPU 寄存器值、进程状态 (就绪/执行/阻塞等)。
3. 内存信息：描述虚拟内存分配的地址信息。
4. 文件信息：文件描述符表 (指向 file 结构体)、当前工作目录。
5. 资源控制：资源上限、控制终端信息。
进程有哪些状态 重点 1. 创建态：申请 PCB，分配资源，未完成则卡在此状态。
2. 就绪态：已准备好，只差 CPU 时间片。
3. 执行态：正在 CPU 上运行。
4. 睡眠态 (阻塞态)：调用 sleep, wait, pause 等函数，等待事件。
5. 暂停态：收到暂停信号 (SIGSTOP)。
6. 僵尸态：进程退出但未被父进程回收。
7. 死亡态：进程退出且已被回收。
进程状态是如何切换的 ● 就绪 → 运行：调度器选中。
● 运行 → 就绪：时间片用完或被高优先级抢占。
● 运行 → 阻塞：等待 I/O 或事件。
● 阻塞 → 就绪：事件完成。
● 运行 → 终止：执行结束。
进程的虚拟内存空间机制 必问 概念：物理 CPU 只有一个，但通过虚拟化让每个进程认为自己独占 CPU 和内存。
过程：进程加载时，内核创建 task_struct 和 mm_struct (虚拟地址描述符)。
地址空间：本质是内核中的一张表，将内存分区域。进程运行时，通过 MMU 和页表将虚拟地址映射到物理内存。
设计虚拟地址的好处 了解 1. 独立性：链接器可设定固定地址，无需关心实际物理地址。
2. 节省内存：共享代码 (如库文件) 在物理内存只存一份，映射给多进程。
3. 利用碎片：虚拟地址连续，但物理地址可以离散。
Linux中子进程从父进程继承了什么 了解 用户ID/组ID、环境变量、堆栈、共享内存、打开的文件描述符、当前工作目录、根目录、信号屏蔽字、资源限制、控制终端。
Linux中子进程独有的属性 了解 进程号 (PID)、父进程号 (PPID)、自己的文件描述符拷贝、运行时间数据、文件锁 (子进程不继承父进程的锁)。
fork() 与 vfork() 的区别 重点 fork()：创建子进程，子进程复制父进程的地址空间 (写时复制)。
vfork()：创建子进程，子进程与父进程共享地址空间。子进程必须先调用 exec 或 exit，否则父进程无法运行。效率高但危险。
system 和 exec 函数族 重点 exec 族 (如 execl)：执行新程序，取代当前进程的代码段、数据段。调用后原进程代码不再执行（我变成你）。
system：在当前进程中调用 shell 执行命令，执行完后继续执行后面的代码（我找人帮你干活）。
exit、_exit、_Exit的区别 exit：标准 C 库函数。终止进程前会清理缓冲区 (如 printf 内容)、调用 atexit 注册的函数、关闭文件。
_exit / _Exit：系统调用。立即终止进程，不清理缓冲区。
进程调度的方法 重点 1. SCHED_FIFO (实时)：先来先服务，一直运行直到退出或放弃。
2. SCHED_RR (实时)：时间片轮转。
3. SCHED_OTHER (非实时)：普通分时调度 (CFS)。
实时进程会抢占非实时进程。
守护进程及设计步骤 了解 定义：后台运行，脱离终端控制，通常用于系统服务。
步骤：
1. fork() 创建子进程，父进程退出 (变孤儿)。
2. setsid() 创建新会话 (脱离控制终端)。
3. chdir("/") 改变工作目录 (防占用挂载点)。
4. umask(0) 重设文件掩码。
5. close() 关闭无用文件描述符 (0,1,2)。

📂 第二板块：进程间通信

这部分考察不同进程如何传递数据，是后端与嵌入式开发的重难点。

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进程的通信方式IPC有哪些 必问 1. 无名管道 (Pipe)：半双工，仅限亲缘进程。
2. 有名管道 (FIFO)：半双工，允许无亲缘进程，以文件形式存在。
3. 信号 (Signal)：异步通信，通知事件。
4. 消息队列 (Message Queue)：链表结构，支持按类型取消息。
5. 共享内存 (Shared Memory)：映射同一块物理内存，速度最快。
6. 信号量 (Semaphore)：计数器，主要用于同步和互斥，而非传数据。
7. 套接字 (Socket)：跨机器网络通信。
哪些通信方式需要借助内核？ 了解 几乎所有：管道、FIFO、消息队列、信号量、共享内存、Socket 都需要内核支持。
管道通信机制 (Pipe vs FIFO) 必问 本质：内核中的缓冲区。
无名管道 (pipe)：无文件名，通过文件描述符操作。读端 fd[0]，写端 fd[1]。读空管道阻塞，写满管道阻塞。
有名管道 (mkfifo)：有文件名，可用于任意进程。若文件已存在会报错 File exists，需先判断再打开。
信号机制 必问 定义：软件层次对中断的模拟，异步通信。
分类：非实时 (1-31)，实时 (34-64)。
处理方式：1. 默认动作 (通常终止)。2. 捕获 (执行信号处理函数)。3. 忽略。
特殊：SIGKILL (9) (立即处死)和 SIGSTOP (19) (立即冻结)不能被忽略或阻塞。
阻塞：将信号加入屏蔽集，暂时挂起不处理。
按下ctrl+c，程序收到SIGINT信号
消息队列 必问 特点：链表结构，存放在内核。支持按类型读取消息（不一定要先进先出）。独立于进程，进程退出消息仍在。
共享内存机制 必问 原理：多个进程的虚拟地址映射到同一块物理内存。
优点：最快的 IPC，因为无需内核与用户空间的数据拷贝。
注意：需配合信号量使用，解决同步竞争问题。

📂 第三板块：多线程编程

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进程与线程的区别 必问 1. 资源：进程是资源分配的基本单位 (独立地址空间)；
线程是 CPU 调度的基本单位 (共享进程资源)。
2. 开销：进程切换开销大 (切页表/上下文)；线程切换开销小。
3. 通信：进程需 IPC；线程共享全局变量，通信简单但需同步。
4. 健壮性：进程崩溃不影响其他进程；线程崩溃导致整个进程死掉。
5. 场景：多进程适合高隔离、高稳定；多线程适合高并发、高性能。
线程具有相同的堆栈吗 重点 不相同。每个线程有自己独立的栈空间 (Stack)，但共享堆 (Heap)、全局变量和代码段。
线程有哪些属性 了解 作用域、栈尺寸、栈地址、优先级、分离状态 (detached)、调度策略。
线程如何回收 必问 默认是 joinable 状态，必须由其他线程调用 pthread_join() 回收资源，否则产生“僵尸线程”。
调用 pthread_detach() 可设置为分离态，线程结束后自动释放资源。
线程的相关函数名 创建: pthread_create
退出: pthread_exit
等待: pthread_join
取消: pthread_cancel
分离: pthread_detach
线程池原理 重点 组成：1. 任务队列 (链表)。2. 工作线程 (N个)。3. 管理者线程 (1个)。
工作流程：
生产者将任务加入队列 → 唤醒条件变量中的工作线程 → 工作线程取任务执行 → 执行完继续等待。
管理者线程定期检测，根据任务量动态增删线程。
多线程与线程池区别 必问 多线程：来一个任务创建一个线程，销毁也需时间。并发极大时，频繁创建销毁开销巨大。
线程池：预先创建一组线程，复用这些线程处理任务。避免了频繁创建销毁的开销，防止资源耗尽。
协程 (Coroutine) 重点 定义：用户态轻量级线程。和普通线程由系统调度不同，协程由程序员控制切换，非抢占式。
优势：单线程内实现多任务并发，无锁机制，切换极快，适合高并发 IO 密集型任务。
可重入函数 重点 定义：被多个执行流重复调用时，结果依然正确。
条件：不使用全局/静态变量，不返回静态地址，仅依赖栈上变量。
重入讨论的是函数被中断后再进入的安全性。

📂 第四板块：同步与互斥

这部分是多线程编程的灵魂，解决资源竞争问题。

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线程的同步方式 必问 1. 互斥锁 (Mutex)：保护临界区，独占访问。
2. 信号量 (Semaphore)：控制并发数量，同步。
3. 条件变量 (Cond)：等待通知，协调执行顺序。
4. 读写锁 (RWLock)：读共享，写独占。
互斥锁 (Mutex) 必问 作用：保证同一时刻只有一个线程访问共享资源。
机制：抢不到锁的线程会阻塞 (睡眠)。
自旋锁 (Spinlock) 重点 作用：抢不到锁的线程会循环等待 (忙等)，不睡眠。
对比：自旋锁不切换上下文，适合持有时间极短的场景；互斥锁会睡眠，适合持有时间长的场景。
读写锁 重点 特性：写独占，读共享。写锁优先级通常高于读锁。
场景：读多写少 (大量读取，少量修改)。
信号量 (Semaphore) 必问 本质：计数器。P操作 (减/等待)，V操作 (加/释放)。
类型：
1. 二值信号量：类似互斥锁 (0或1)。
2. 计数信号量：控制并发数 (如连接池)。
注意：信号量为0时 P 操作会阻塞。
线程的条件变量 特点：不能单独使用，必须配合互斥锁。
作用：让线程在满足特定条件前休眠，避免忙轮询。pthread_cond_wait 会原子性地释放锁并进入休眠。
死锁如何产生及4个必要条件 必问 4个条件 (缺一不可)：
拿独木桥上的两个人举例子：
1. 互斥：资源独占，（你独占了你的桥面）
2. 占有且等待：拿了资源不放，还想要新的。（你独占了你的桥面，还想要别人的桥面）
3. 不可抢占：不能强行剥夺别人的资源。（你不能强行抢了别人的桥面）
4. 循环等待：A等B，B等A。（你想要别人的桥面，别人也想要你的桥面）
常见场景：同一线程重复上锁；两线程交叉上锁；持锁时被取消。
死锁处理方式 重点 预防：破坏上面的4种条件 (如一次性申请所有资源、按序申请)。
避免：银行家算法 (分配前评估安全性)。
检测与解除：剥夺资源、撤销进程。
同步方式的选择场景 实战 ● 互斥锁：简单保护独占资源。
● 信号量：生产者-消费者模型，控制资源数量。
● 条件变量：等待某个事件发生 (如队列非空)。
内核链表 (kernel list) 定义：Linux 内核专用双向循环链表。
特点：
1. 指针封装在 struct list_head 中。
2. 数据与链表分离：链表节点嵌入在用户数据结构中，通过 container_of 宏反推数据地址。
3. 提供丰富宏操作：list_add, list_del, list_for_each_entry。
Lvgl是什么？ 重点 LVGL (Light and Versatile Graphics Library)：开源嵌入式 GUI 库。
特点：轻量 (适合 MCU)、控件丰富、跨平台、支持多输入设备。
场景：智能手表、工业仪表、物联网设备界面。
Linux系统编程
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