啟動
啟動過程,BIOS->MBR->Bootloader->OS,多 CPU 情況下 BSP 啟動 APs,敘述每個階段做的主要事情。
上電那一刻,CS:IP = 0xf000:0xfff0,此地址上的 16 字節(jié)是個跳轉(zhuǎn)地址:jmp f000:e05b(據(jù)然還真問到了具體跳轉(zhuǎn)地址)
BIOS
干了些啥事,自檢程序,將 MBR 加載到 0x7c00
提問其他的固件方面的知識,BIOS,UEFI等,不太了解
實模式、保護(hù)模式
區(qū)別,前者16位,地址線只用了20根,后者解開限制,前者的段寄存器里面是段基址,后者段寄存器里面是段選擇子
為什么有實模式,兼容?
如何進(jìn)入保護(hù)模式,構(gòu)建GDT、打開A20,CR0.PG = 1
MBR
MBR 構(gòu)成,引導(dǎo)程序->64字節(jié)分區(qū)表->魔數(shù)(0x55和0xAA)
在哪兒,啟動盤最開始那個扇區(qū)
加載到哪兒,加載到 0x7c00
主要干的事情,根據(jù)分區(qū)表找到一個活動分區(qū),然后加載 Bootloader
如何判斷是否是啟動盤,魔數(shù) 0x55 和 0xAA
開啟分頁機(jī)制(x86),構(gòu)建頁表;頁表地址給 CR3;CR0.PE = 1
BSP 啟動 AP 過程(x86,中斷控制器為APIC),主要通過 LAPIC 發(fā)送 INIT-SIPI-SIPI 消息... 詳見 Multiprocessor Specification
OS 第一個 init 進(jìn)程做了些什么
xv6 里面打開 0 1 2 號文件
fork 出 shell
然后 wait(等待孤兒進(jìn)程過繼給init)
提問現(xiàn)在的 Linux 里面干了些什么,有簡單看了看,有些復(fù)雜待研究
匯編和 C 交互的一些問題,遵循調(diào)用約定,全局變量等在匯編時就要處理好
內(nèi)存管理
尋址方式,x86 段基址:段內(nèi)偏移
實模式下段寄存器為實際的段基址,保護(hù)模式下為段選擇子
分段分頁特點,為什么分頁
分段同類型數(shù)據(jù)放在一起,分頁邏輯上連續(xù)物理上分散實現(xiàn)離散化存儲
x86 有段寄存器,硬件上原生支持分段,其他架構(gòu)硬件上似乎不支持
x86 可以設(shè)置平坦模式,“隱藏”分段
地址轉(zhuǎn)換過程,段級轉(zhuǎn)換(GDT)、頁級轉(zhuǎn)換(查頁表)
GDTR 中存放 GDT 的線性地址,CR3 里面存放頁目錄的物理地址,頁表項里面存放的也是物理地址。
物理內(nèi)存管理,目前 xv6 里面簡單的空閑鏈表法,引申到伙伴系統(tǒng) Slab 分配器,不管什么地方,空間管理的方式一般就兩種,鏈表和位圖,萬變不離其宗。
虛擬地址空間如何布局的
查看源圖像
堆、共享區(qū)等的管理方式,xv6 里面堆的管理方式也是鏈表,看侯捷老師關(guān)于 C++ 內(nèi)存部分講解,也是類似伙伴系統(tǒng)的思想,申請空間過大時也是 mmap 在共享區(qū)分配空間
堆空間分配相關(guān),C++ new 出來的,能否用 free 返回,一個 C++ 相關(guān)的問題,從堆分配的空間有個頭部,頭部記錄了大小信息,而 new 不一定,所以最好不要這么干。
缺頁異常三種,寫時復(fù)制、延遲分配、頁面置換
寫時復(fù)制的實現(xiàn)思想,要點:利用頁表項保留位設(shè)置為COW標(biāo)志位,復(fù)制內(nèi)存時(主要fork)不實際復(fù)制內(nèi)存,只復(fù)制頁表,并將COW=1,R/W 設(shè)置為只讀,其他共享計數(shù)、回收等略,詳見 xv6 寫時復(fù)制實現(xiàn)
延遲分配,頁表項全0,只在頁表中建立了映射,并未實際分配物理內(nèi)存,詳見 xv6 延遲分配實驗
頁面置換,頁表項非空,頁表項 P = 0;常見頁面置換算法;頁面置換交換區(qū)實現(xiàn)方式,具體實現(xiàn)有些復(fù)雜,詳見 ucore 的例子,有配套的手冊講解。
Linux kmalloc 的特點,分配的物理內(nèi)存連續(xù)
IO 管理/中斷
中斷、異常區(qū)別,外、內(nèi)
中斷異常詳細(xì)分類,據(jù) CSAPP 中斷、陷阱、故障、終止
中斷、異常返回的 PC 是什么,據(jù)CSAPP,中斷、陷阱下一條,異常(故障)可能返回當(dāng)前 PC,終止不會返回
中斷過程
中斷控制器干了什么事,見上圖
如何定位的中斷服務(wù)程序,見上圖
上圖 x86 的情況是硬件識別,向量中斷的方式
還有軟件識別的方式,跳到一個固定地址,然后再查詢異常狀態(tài)寄存器看是什么異常,再跳到特定的處理程序,一般精簡指令集這么干。
開關(guān)中斷的事,一般我們說中斷時保存上下文前要關(guān)中斷,x86 下,關(guān)中斷就是 EFLAGS 的 IF = 0
系統(tǒng)調(diào)用過程
沒有中斷控制器這個過程,其他階段基本相同
傳參兩種方式,寄存器,壓棧(進(jìn)入內(nèi)核后從上下文中的棧指針寄存器獲取用戶態(tài)棧頂?shù)刂?
x86下系統(tǒng)調(diào)用可以用中斷門實現(xiàn),也可以使用陷阱門實現(xiàn),使用中斷門進(jìn)入中斷自動關(guān)中斷,如果使用陷阱門則不會自動關(guān)中斷,這是二者唯一的區(qū)別
按下一個鍵到顯示在屏幕上,鍵盤中斷 + 顯卡、寫顯存 過程,太多略,詳見捋一捋控制臺的輸入輸出
DMA 過程,不是很清楚,百度google,我也是搜的。
磁盤尋址,CHS(柱面磁頭扇區(qū))、LBA(邏輯塊地址),實際上似乎不是想問這個,但面試官當(dāng)時也沒說清楚就下一個問題,emm??????
內(nèi)核態(tài)、用戶態(tài)的理解,實際上就是特權(quán)級,RPL、CPL、DPL 三者之間不同情況下的各種比較變化,特復(fù)雜。
用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)棧的變化,x86 下根據(jù) TR 可以找到 TSS,TSS 里面有內(nèi)核棧的 CS 和 ESP;RISC-V 下 sscratch 有內(nèi)核上下文的地址。
文件管理
分區(qū)布局,引導(dǎo)塊->超級塊->inode、位圖、數(shù)據(jù)區(qū)
寫磁盤如何保證數(shù)據(jù)一致性,設(shè)計日志層(當(dāng)時某度二面,全程基本就討論這個)
inode、路徑、目錄、目錄項、全局文件表和文件結(jié)構(gòu)體、進(jìn)程打開文件表和文件描述符等概念以及它們之間的關(guān)系
open close dup write read 等常見系統(tǒng)調(diào)用,做了什么事情
比如 open 的要點分配文件結(jié)構(gòu)體、文件描述符。
這個函數(shù)只是用戶接口,整個是一個是系統(tǒng)調(diào)用過程。
inode 相當(dāng)于樹形結(jié)構(gòu)的索引、假如設(shè)計為哈希索引,如何設(shè)計,Cache 緩存,優(yōu)劣等等討論
硬鏈接、軟鏈接區(qū)別
硬鏈接與目錄項掛鉤,多個目錄項一個 inode 一個文件
軟鏈接是個文件有自己的 inode,文件內(nèi)容是路徑
目錄項緩存,Linux 使用目錄項緩存 dentry cache 緩存提高目錄項對象的處理效率,我也只知道這個東西,待研究
命令獲取某個目錄下的文件數(shù)量
進(jìn)程
談進(jìn)程、線程、協(xié)程的理解,聊區(qū)別,簡易設(shè)計
第一個進(jìn)程干了些什么事,見前
切換過程,重點換上下文、換棧
為什么切換進(jìn)程比切換線程慢,除了進(jìn)程“體量”大,另外切換進(jìn)程要切換頁表,切換頁表要刷新TLB
切換時機(jī),自己阻塞讓出 CPU,時間片到了
狀態(tài)轉(zhuǎn)換,發(fā)生中斷時進(jìn)程狀態(tài)如何轉(zhuǎn)換,時間中斷設(shè)置為就緒,其他情況在 xv6 里面沒變,Linux 不了解。
fork 實現(xiàn)
exec 實現(xiàn)
孤兒進(jìn)程:父進(jìn)程先退出了,過繼給 init 進(jìn)程;僵尸進(jìn)程:子進(jìn)程退出父進(jìn)程沒有wait
僵尸進(jìn)程孤兒進(jìn)程的理解,進(jìn)程要退出時調(diào)用 exit,exit 會關(guān)閉文件等資源,另一部分資源是父進(jìn)程調(diào)用 wait 來釋放,wait 釋放子進(jìn)程的棧、上下文、頁表、任務(wù)結(jié)構(gòu)體等資源。
如何解決僵尸進(jìn)程,父進(jìn)程總會退出,那么在 exit 中檢測是否有將是狀態(tài)的子進(jìn)程,如果有,將其過繼給 init 進(jìn)程,然后喚醒 init 讓它來處理。
進(jìn)程間的通信,信號、信號量、共享內(nèi)存、消息隊列、匿名管道、有名管道,聊簡單設(shè)計
調(diào)度算法,Linux 的 CFS
Go 的協(xié)程模型,不太了解卒
關(guān)于進(jìn)程的命令,如何查看進(jìn)程狀態(tài)等等
其他
鎖的實現(xiàn),自旋鎖和休眠鎖
自旋鎖,while 循環(huán)
內(nèi)存一致性,硬件如何支持的原子操作,聊了指令 Lock 鎖總線等等,CAS、Acquire/Released 等
休眠鎖涉及進(jìn)程的休眠喚醒機(jī)制如何實現(xiàn)
Cache 緩存一致性,MESI
設(shè)計操作系統(tǒng)需要研究研究設(shè)計模式,所以設(shè)計模式??????
復(fù)雜指令集和精簡指令集區(qū)別
elf 文件格式介紹,可裝載段,裝載地址,filesz、memsz 等
好了,本文就到這里了,有什么問題還請批評指正。
審核編輯:劉清
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MBR
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UEFI
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原文標(biāo)題:操作系統(tǒng)面經(jīng)
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