操作系统

死锁

是什么？

死锁：两个或两个以上的进程、线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们将无法推进下去

满足条件

  1. 互斥条件
    资源同一时间只能被一个线程占有（比如锁）。
  2. 请求与保持
    线程已经持有一个资源，又去请求别的资源，且不释放已有的。
  3. 不可剥夺
    资源只能由持有者主动释放，别人不能强行抢走。
  4. 循环等待
    线程 A 等 B，B 等 C，C 等 A，形成一个环形等待链。

解决方法
破坏 4 个条件中的任意一个即可

  • 破坏循环等待（最常用、最实用）
    所有线程统一按固定顺序获取锁
    比如：永远先锁 A 再锁 B，不反过来。
  • 破坏请求与保持
    要么一次性申请所有需要的锁，要么一个都不申请。
  • 破坏不可剥夺
    允许抢占资源，超时放弃锁。
  • 破坏互斥
    用无锁编程、CAS、乐观锁等（不太常用）

进程与线程

是什么？

进程 = 正在运行的程序实例，是资源分配的基本单位。

  • 一个运行中的程序，比如打开一个浏览器、一个微信
  • 拥有独立的资源：内存空间、文件句柄、网络连接等
  • 进程之间相互独立，不能直接访问对方内存
  • 一个进程至少有一个线程（主线程）
  • 创建 / 销毁开销大

线程 = 进程内部的执行路径，是 CPU 调度的基本单位。

  • 进程内部的执行单元
  • 同一个进程内的线程共享进程资源（内存、文件等）
  • 线程之间切换快、创建销毁开销小
  • 线程自己几乎不占资源，只占栈、程序计数器等少量执行上下文

虚拟内存

是什么？

  • 每个进程都有一套独立的虚拟地址空间（比如 4GB）
  • 程序访问的都是虚拟地址，不是真实物理内存地址
  • 操作系统通过页表把虚拟地址 → 翻译成物理地址

作用

  • 扩大内存空间
  • 进程隔离，更安全
  • 内存使用更高效
  • 方便程序加载运行

关键机制

  • 把虚拟内存和物理内存都切成固定大小的页（Page），通常 4KB
  • 每个进程有一张页表，记录：虚拟页号 → 物理页号 / 是否在内存 / 是否在硬盘
  • CPU 访问地址时，硬件（MMU）自动查页表翻译

缺页中断

  • 要访问的页不在物理内存，在硬盘上
  • CPU 触发缺页中断
  • 操作系统把页从 swap 读回物理内存
  • 更新页表，继续执行程序

虚拟内存是计算机中用于临时存储数据的一种技术，操作系统给每个进程提供的独立虚拟地址空间，通过页表映射到物理内存或硬盘交换区。
它可以扩大可用内存、实现进程地址隔离、提高内存利用率，并通过分页和缺页中断完成地址翻译和数据换入换出。

计算机网络

网络分层

OSI 七层模型

  1. 应用层：给应用用的协议（HTTP、FTP、DNS）
  2. 表示层：数据加密、压缩、格式转换
  3. 会话层：建立、管理、断开会话
  4. 传输层：端到端传输（TCP、UDP）
  5. 网络层：寻址路由（IP、ARP）
  6. 数据链路层：帧传输、MAC 地址（以太网）
  7. 物理层：光电信号、网线、接口
    应 表 会 传 网 链 物

TCP/IP 模型

  1. 应用层
    对应 OSI 上三层：HTTP、HTTPS、DNS、FTP
  2. 传输层
    TCP、UDP
  3. 网络层
    IP、ARP、ICMP
  4. 网络接口层（链路层）
    设备驱动、网卡、MAC、以太网

协议

定义

描述网络通信协议，定义网络通信的规则，两者交流的的规则

分类

TCP 协议
规定了：

  • 怎么建立连接（三次握手）
  • 怎么断开连接（四次挥手）
  • 数据怎么编号
  • 丢了怎么重传
  • 怎么保证不乱序
    可靠、有序、慢 → 网页、文件、接口
    特点：面向连接、可靠、基于字节流，全双工通信，有流量控制和拥塞控制，适用于对数据准确性要求高的场景。

UDP 协议
规定了：

  • 怎么打包数据
  • 怎么加上目标端口
  • 发出去就行，不保证到达
    不可靠、快、实时 → 直播、游戏、DNS
    特点：无连接、不可靠、面向数据报、开销小、速度极快，适用于对数据实时性要求高的场景。

HTTP 协议
规定了：

  • 客户端怎么发请求（GET / POST）
  • 服务端怎么回响应
  • 头怎么写、内容怎么放
  • 状态码代表什么
    应用层协议，底层用 TCP → 网页、接口

访问网站过程

  1. 先做 DNS 解析，域名转 IP
  2. 进行 TCP 三次握手 建立连接
  3. HTTPS 则进行 TLS 握手 加密
  4. 浏览器发送 HTTP 请求报文
  5. 服务器返回 HTTP 响应（HTML 等资源）
  6. 浏览器解析渲染，并加载图片、JS、CSS 等额外资源请求
  7. 最后 TCP 四次挥手 断开连接

域名解析过程

浏览器先查自身缓存，再查系统缓存和 hosts，没有就请求本地 DNS。
本地 DNS 依次问根 DNS、顶级域 DNS、权威 DNS，拿到 IP 后缓存并返回。

tcp三次握手

  1. 客户端向服务器发送SYN包，请求建立连接。c 发生带着syn标志和随机序列号seq的报文到s，C 进入状态：SYN_SENT，等待服务器返回ACK包。
  2. 服务器收到c的SYN包，回复ACK包和SYN包，序列号seq也随机生成，确认号是收到的序列号+1，s进入状态：SYN_RCVD，等待客户端返回ACK包。
  3. 客户端收到s的ACK包，回复ACK包和SYN包，序列号seq是第一次的+1，确认号是收到的序列号+1，进入状态：ESTABLISHED，完成三次握手，开始通信。

丢失其中的一次会怎么样？

  • 第一次握手 SYN 丢失：
    S 完全收不到任何包，无感知
    C 在 SYN_SENT 等待 ACK
    超时后，内核自动重传 SYN（指数退避重发）
    重传多次仍失败 → 连接超时，建立失败

  • 第2次握手 ACK 丢失：
    C：还在 SYN_SENT，收不到 ACK → 超时重传 SYN
    S：已经进入 SYN_RCVD，但收不到第三次握手
    S 会超时重传 SYN+ACK
    结果：
    重传多次失败 → 两端都认为连接失败
    服务端 SYN_RCVD 队列会占用一个位置，极端情况可能导致 SYN 洪水

  • 第3次握手 ACK 丢失：
    C 已经认为连接建立成功，进入 ESTABLISHED
    S 还在 SYN_RCVD，没收到 ACK，认为连接没建好

S 超时后重传 SYN+ACK
C 收到重复的 SYN+ACK，会重新发送 ACK
若 S 最终收到 ACK → 连接正常建立
若一直收不到 → S 放弃连接，C 还以为连着，c发包会触发 RST重置连接。

https详解