嵌入式Linux软件工程师面试题一

题一，同步和异步有啥区别？ 
题二，TCP与UDP有啥区别？ 
题三，进程和线程有啥区别？

题一答案：

同步(Sync)：所有的操作都做完，才返回给用户。这样用户在线等待的时间太长，给用户一种卡死了的感觉（比如系统迁移中，点击了迁移，界面就不动了，但是程序还在执行，卡死了的感觉）。

这种情况下，用户不能关闭界面，如果关闭，那么迁移程序也会中断，用户体验不好。

异步(Async)：将用户请求放入消息队列，并反馈给用户，比如系统迁移程序已经启动，提示你可以关闭浏览器了。然后程序再慢慢地写入数据库。但是用户没有卡死的感觉，用户体验较好。

题二答案：

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接

2、TCP提供可靠的服务。它通过校验和，丢包时的重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答，次序乱掉的分包进行顺序控制实现可靠传输。即通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达; UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

3、UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信场景。

4、每一条TCP连接只能是点到点的; UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信方式。

5、TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。

UDP有时比TCP更有优势:

UDP以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP, 如实时游戏。

（1）网速的提升给UDP的稳定性提供可靠网络保障，丢包率很低，如果使用应用层重传，能够确保传输的可靠性。

（2）TCP为了实现网络通信的可靠性，使用了复杂的拥塞控制算法，建立了繁琐的握手过程，由于TCP在内置的系统协议栈中，极难对其进行改进。

采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续的包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延时会越来越大。

基于UDP对实时性要求较为严格的情况下，采用自定义重传机制，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题造成的影响。

题三答案：

1. 进程是资源分配的最小单位。

2. 线程是程序执行的最小单位，也是处理器调度的基本单位，但进程不是，两者均可并发执行。

3. 进程有自己的独立地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，这种操作非常昂贵。而线程是共享进程中的数据，使用相同的地址空间，因此，CPU切换一个线程的花费远比进程小很多，同时创建一个线程的开销也比进程小很多。

4. 线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也跟着死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。

5. 进程切换时，消耗的资源大，效率高。所以涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程不能用进程。

6. 执行过程：每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

优缺点：

线程执行开销小，但是不利于资源的管理和保护。线程适合在SMP机器（双CPU系统）上运行。

进程执行开销大，但是能够很好的进行资源管理和保护，可以跨机器迁移。

何时使用多进程，何时使用多线程？

对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。 
要求效率高，频繁切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程。

一、进程间通信方式有哪些？有何优缺点

二、野指针”是如何产生的？如何避免“野指针”？

三、简要说明下TCPIP通信建立的过程是怎样的

题一答案：

(1)管道

管道分为无名管道和有名管道。

无名管道

无名管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用，进程的亲缘关系一般指的是父子关系。无名管道一般用于两个不同进程之间的通信。

当一个进程创建了一个管道，并调用fork创建自己的一个子进程后，父进程关闭读管道端，子进程关闭写管道端,，这样提供了两个进程之间数据流动的一种方式。

有名管道也是一种半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间），因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。

无名管道

优点：简单方便；

缺点：

局限于单向通信

只能创建在它的进程以及其有亲缘关系的进程之间;

缓冲区有限

有名管道

优点：可以实现任意关系的进程间的通信；

缺点：

长期存于系统中，使用不当容易出错；
缓冲区有限
(2)信号量
信号量是一个计数器，可以用来控制多个线程对共享资源的访问。它不是用于交换大批数据, 而用于多线程之间的同步，它常作为一种锁机制,防止某进程在访问资源时其它进程也访问该资源，因此 , 主要作为进程间以及同一个进程内不同线程之间的同步手段。

优点：可以同步进程。

缺点：信号量有限。

(3)消息队列

消息队列是消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等特点。

消息队列是UNIX下不同进程之间可实现共享资源的一种机制，UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程，对消息队列具有操作权限的进程都可以使用msget完成对消息队列的控制，通过使用消息类型，进程可以按任何顺序读信息，或为消息安排优先级顺序。

优点：可以实现任意进程间的通信，并通过系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步，无需考虑同步问题，方便。

缺点：信息的复制需要额外消耗CPU的时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合。

(4)共享内存

共享内存是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问，共享内存是最快的IPC(进程间通信)方式, 它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的，它往往与其他通信机制，如信号量,配合使用，进而实现进程间的同步与通信。

共享内存的特点:

共享内存是以传输数据为目的 。
共享内存无同步无互斥 。
共享内存是所有进程间通信速度最快的。
共享内存的生命周期随内核
优点：使用共享内存进行进程间的通信非常方便，而且函数的接口也简单，数据的共享使进程间的数据不用传送，而是直接访问内存，加快了程序的效率。同时，它也不像无名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系。

缺点：

通信是通过将共无法实现享空间缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中实现。
利用内存缓冲区直接交换信息，内存的实体存在于计算机中，只能让同一个计算机系统中的诸多进程共享，不方便多个计算机网络通信。
共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其他的手段来进行进程间的同步工作。
题二答案：
野指针”产生原因及解决办法如下：
（1）声明指针变量时没有被初始化。解决办法：声明指针时初始化，可以是具体的地址值，也可让它指向NULL。
（2）指针 p 被 free 或者 delete 后，没有设置为 NULL。解决办法：指针指向的内存空间被释放后指针应该指向NULL。
（3）操作指针时超越了变量的作用范围。解决办法：在变量的作用域结束前释放掉变量的地址空间并且让指针指向NULL。

注意：“野指针”的解决方法也是编程规范的基本原则，平时使用指针时一定要避免产生“野指针”，在使用指针前一定要检验指针的合法性。

题三答案：

题一：使用C语言实现字符串倒序。 
题二，使用scanf()和gets()输入字符串有何利弊？ 
题三，for语句与while语句在实现循环时，哪一个更好？

题一参考答案：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

void Reverse_String(char a[])
{
 int i,length; char t;
 length = strlen(a);
 for(i = 0 ;i < length / 2 ; i++)
 {
   t = a[i];
   a[i] = a[length-1-i];
   a[length-1-i] = t;
  }
}

main()
{
  char a[10];
  printf("input a string:");
  gets(a);
  puts(a);
  Reverse_String(a);
  puts(a);
}

题二参考答案： 
用scanf()函数输入字符串时，默认分隔符是空格、跳格（Tab）等， 
因此scanf()函数不能输入含有上述字符的字符串，这是其不足之处； 
与gets()相比，其优点是它可以一次输入多个字符串，而且还可以用于输入不同类型的数据，应用面较广。

用gets()函数输入时，可以输入含空格、跳格等字符的字符串，但其不足之处在于，它只能用于输入字符串，且一次只能输入一个。

题三参考答案： 
相对而言，for语句更好用，尤其是循环次数确定的情况下：

for(int i = 1;i<= 10; ++i)
{
    sum += i;
}

而while语句，一般用于循环次数不确定的情况：

int i = 1;
while(i<=10)
{
    sum+=i;
}

可以这么理解，只要while语句能实现的地方，用for语句都能实现 
另外，如果是多重循环，while嵌套的时候，看起来比较繁琐

题一: 
简述memcpy和strcpy的区别？ 
题二： 
信号量与互斥锁的区别？ 
题三： 
简述程序编译的过程？

题一答案： 
（1）、复制的内容不同。strcpy只能复制字符串，而memcpy可以复制任意内容，例如字符数组、整型、结构体、类等。 
（2）、复制的方法不同。strcpy不需要指定长度，它遇到被复制字符的串结束符”\0”才结束，所以容易溢出。memcpy则是根据其第3个参数决定复制的长度。 
（3）、用途不同。通常在复制字符串时用strcpy，而需要复制其他类型数据时则一般用memcpy

题二答案： 
（1）、互斥量用于线程的互斥，信号量用于线程的同步。互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。 
同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

（2）、互斥量值只能为0/1，信号量值可以为非负整数。也就是说，一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问，它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是，也可以完成一个资源的互斥访问。

（3）、互斥量的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用，信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到。

题三答案： 
预处理：预处理相当于根据预处理命令组装成新的C程序，不过常以i为扩展名。

编译： 将得到的i文件翻译成汇编代码.s文件。

汇编：将汇编文件翻译成机器指令，并打包成可重定位目标程序的O文件。该文件是二进制文件。

链接：将引用的其他O文件并入到我们程序所在的o文件中，处理得到最终的可执行文件。

预处理器（Preprocessor） 
1 . 用预处理指令#define 声明一个常数，用以表明1年中有多少秒（忽略闰年问题） 
答: #define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL 
我在这想看到几件事情： 
1) #define 语法的基本知识（例如：不能以分号结束，括号的使用，等等） 
2) 懂得预处理器将为你计算常数表达式的值，因此，直接写出你是如何计算一年中有多少秒而不是计算出实际的值，是更清晰而没有代价的。 
3) 意识到这个表达式将使一个16位机的整型数溢出, 因此要用到长整型符号L, 告诉编译器这个常数是长整型数。 
4) 如果你在表达式中用到UL（表示无符号长整型），那么可能这就给面试者留下了很好的第一印象。记住第一印象很重要。

2 . 写一个”标准”宏MIN ，这个宏输入两个参数并返回较小的一个。 
答: #define MIN(A,B) （（A） <= (B) ? (A) : (B)) 
这个测试是为下面的目的而设的： 
1) 标识#define在宏中应用的基本知识。这是很重要的。因为在 嵌入(inline)操作符 变为标准C的一部分之前，宏是方便产生嵌入代码的唯一方法，对于嵌入式系统来说，为了能达到要求的性能，嵌入代码经常是必须的方法。 
2) 懂得在宏中小心地把参数用括号括起来 
3) 我也用这个问题开始讨论宏的副作用，例如：当你写下面的代码时会发生什么事？ 
least = MIN(*p++, b);

死循环（Infinite loops） 
3. 嵌入式系统中经常要用到无限循环，你怎么样用C编写死循环呢？ 
答: 这个问题用几个解决方案。我首选的方案是：

while(1) 
{

}

一些程序员更喜欢如下方案：

for(;;) 
{

}

这个实现方式让我为难，因为这个语法没有确切表达到底怎么回事。如果一个应试者给出这个作为答案，我将用这个作为一个机会去探究他们这样做的基本原理。如果他们的基本答案是：”我被教着这样做，但从没有想到过为什么。”这会给我留下一个坏印象。

第三个方案是用 goto 
Loop: 
… 
goto Loop; 
应试者如给出上面的方案，这说明他可能是一个汇编语言程序员（这也许是好事）或者他是一个想进入新领域的BASIC/FORTRAN程序员。

数据声明（Data declarations） 
4. 用变量a给出下面的定义 
a) 一个整型数（An integer） 
b) 一个指向整型数的指针（ A pointer to an integer） 
c) 一个指向指针的指针，它指向的指针是指向一个整型数 
（ A pointer to a pointer to an intege） 
d) 一个有10个整型数的数组（ An array of 10 integers） 
e) 一个有10个指针的数组，该指针是指向一个整型数的。（An array of 10 pointers to integers） 
f) 一个指向有10个整型数数组的指针（ A pointer to an array of 10 integers） 
g) 一个指向函数的指针，该函数有一个整型参数并返回一个整型数 
（A pointer to a function that takes an integer as an argument and returns an integer） 
h) 一个有10个指针的数组，该指针指向一个函数，该函数有一个整型参数并返回一个整型数 
（ An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer ）

答案： 
a) int a; // An integer 
b) int *a; // A pointer to an integer 
c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer 
d) int a[10]; // An array of 10 integers 
e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers 
f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers 
g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integer 
h) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions that take an integer argument and return an integer 
人们经常声称这里有几个问题是那种要翻一下书才能回答的问题，我同意这种说法。当我写这篇文章时，为了确定语法的正确性，的确查了一下书。但是当我被面试的时候，我期望被问到这个问题（或者相近的问题）。因为在被面试的这段时间里，我确定我知道这个问题的答案。应试者如果不知道所有的答案（或至少大部分答案），那么也就没有为这次面试做准备，如果该面试者没有为这次面试做准备，那么他又能为什么做准备呢？

static 
5. 关键字static的作用是什么？ 
答：这个简单的问题很少有人能回答完整。在C语言中，关键字static有三个明显的作用： 
1) 在函数体，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。 
2) 在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。 
3) 在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是，这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

大多数应试者能正确回答第一部分，一部分能正确回答第二部分，很少的人能懂得第三部分。这是一个应试者的严重不足，因为他显然不懂得本地化数据和代码范围的好处和重要性。

const 
6．关键字const有什么含意？ 
我只要一听到被面试者说：”const意味着常数”，就知道我正在和一个业余者打交道。去年Dan Saks已经在他的文章里完全概括了const的所有用法，因此ESP(译者：Embedded Systems Programming)的每一位读者应该非常熟悉const能做什么和不能做什么，如果你没有读过那篇文章，只要能说出const意味着”只读”就可以了。尽管这个答案不是完全正确，但我可以接受。（如果你想知道更详细的答案，仔细读一下Saks的文章吧。） 
如果应试者能正确回答这个问题，我将问他一个附加的问题： 
下面的声明都是什么意思？

const int a; 
int const a; 
const int *a; 
int * const a; 
int const * a const;

前两个的作用一样，a是一个常整型数。第三个意味着a是一个指向常整型数的指针（也就是，整型数是不可修改的，但指针可以）。第四个意思a是一个指向整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是可以修改的，但指针是不可修改的）。最后一个意味着a是一个指向常整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是不可修改的，同时指针也是不可修改的）。如果应试者能正确回答出这些问题，那么他就给我留下了一个好印象。顺带提一句，也许你可能会问，即使不用关键字 const，还是能很容易写出功能正确的程序，那么我为什么还要如此看重关键字const呢？ 
我有如下的几点理由： 
1) 关键字const的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息，实际上，声明一个参数为常量是为了告诉用户这个参数的应用目的。如果你曾花很多时间清理其它人留下的垃圾， 你就会感谢这点多余的信息。（当然，懂得用const的程序员很少会留下让别人清理的垃圾代码） 
2) 通过给优化器一些附加的信息，使用关键字const也许能产生更紧凑的代码。 
3) 合理地使用关键字const可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数，防止其被无意的代码修改。简而言之，这样可以减少bug的出现。

Volatile 
7. 关键字volatile有什么含义? 并给出三个不同的例子。 
答：一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子： 
1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器） 
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量

回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。 
假设被面试者正确地回答了这个问题（嗯，怀疑是否会这样），我将稍微深究一下，看一下他是不是直正懂得volatile的重要性。 
1) 一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。 
2) 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。 
3) 下面的函数有什么错误：

int square(volatile int *ptr) 
{ 
return ptr *ptr; 
}

下面是答案： 
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。 
2)是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。 
3)这段代码有点变态。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：

int square(volatile int *ptr) 
{ 
int a,b; 
a = *ptr; 
b = *ptr; 
return a * b; 
}

由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b的值可能不同。结果，这段代码可能返回的不是你所期望的平方值。正确的代码如下：

long square(volatile int *ptr) 
{ 
int a; 
a = *ptr; 
return a * a; 
}

位操作（Bit manipulation） 
8. 嵌入式系统总是要用户对变量或寄存器进行位操作。给定一个整型变量a，写两段代码，第一个设置a的bit 3，第二个清除a 的bit 3。在以上两个操作中，要保持其它位不变。 
对这个问题有三种基本的反应： 
1) 不知道如何下手。说明该面试者从没做过任何嵌入式系统方面的工作。 
2) 用bit fields。Bit fields是被扔到C语言死角的东西，它保证你的代码在不同编译器之间是不可移植的，同时也保证了的你的代码是不可重用的。我最近不幸看到 Infineon为其较复杂的通信芯片写的驱动程序，他用到了bit fields，因此完全对我无用，因为我的编译器是用其它的方式来实现bit fields的。从道德上讲：永远不要让一个非嵌入式的家伙粘实际硬件的边。 
3) 用 #defines 和 bit masks 操作。这是一个有极高可移植性的方法，是应该被用到的方法。最佳的解决方案如下：

define BIT3 (0x1 << 3)

static int a;

void set_bit3(void) 
{ 
a |= BIT3; 
} 
void clear_bit3(void) 
{ 
a &= ~BIT3; 
}

一些人喜欢为设置和清除值而定义一个掩码同时定义一些说明常数，这也是可以接受的。我希望看到几个要点：说明常数、|=和&=~操作。

访问固定的内存位置（Accessing fixed memory locations） 
9. 嵌入式系统经常具有要求程序员去访问某特定的内存位置的特点。在某工程中，要求设置一绝对地址为0x67a9的整型变量的值为0xaa66。编译器是一个纯粹的ANSI编译器。写代码去完成这一任务。 
答：这一问题测试你是否知道为了访问一绝对地址把一个整型数强制转换（typecast）为一指针是合法的。这一问题的实现方式随着个人风格不同而不同。典型的类似代码如下： 
int *ptr; 
ptr = (int *)0x67a9; 
*ptr = 0xaa55;

一个较晦涩的方法是：

*(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;

• 1

即使你的品味更接近第二种方案，但我建议你在面试时使用第一种方案。

中断（Interrupts） 
10. 中断是嵌入式系统中重要的组成部分，这导致了很多编译开发商提供一种扩展—让标准C支持中断。具代表事实是，产生了一个新的关键字 __interrupt。下面的代码就使用了__interrupt关键字去定义了一个中断服务子程序(ISR)，请评论一下这段代码。

__interrupt double compute_area (double radius) 
{ 
double area = PI * radius * radius; 
printf(“\nArea = %f”, area); 
return area; 
}

答：这个函数有太多的错误，以至让人不知从何说起： 
1) ISR 不能返回一个值。如果你不懂这个，那么你不会被雇用。 
2) ISR 不能传递参数。如果你没有看到这一点，你被雇用的机会等同第一项。 
3) 在许多的处理器/编译器中，浮点一般都是不可重入的。有些处理器/编译器需要让额处的寄存器入栈，有些处理器/编译器就是不允许在ISR中做浮点运算。此外，ISR应该是短而有效率的，在ISR中做浮点运算是不明智的。 
4) 与第三点一脉相承，printf()经常有重入和性能上的问题。如果你丢掉了第三和第四点，我不会太为难你。不过，如果你能回答后两点，那么你的被雇用前景越来越光明。

代码例子（Code examples） 
11 . 下面的代码输出是什么，为什么？

void foo(void) 
{ 
unsigned int a = 6; 
int b = -20; 
(a+b > 6) ? puts(“> 6”) : puts(“<= 6”); 
} 
答：这个问题测试你是否懂得C语言中的整数自动转换原则，我发现有些开发者对这些东西懂得极少，不管如何，这无符号整型问题的答案是输出是 “>6”。原因是当表达式中存在有符号类型和无符号类型时所有的操作数都自动转换为无符号类型。因此-20变成了一个非常大的正整数，所以该表达式计算出的结果大于6。 这一点对于应当频繁用到无符号数据类型的嵌入式系统来说是丰常重要的。如果你答错了这个问题，也就得不到这份工作。