Linux后台研发面试题

本系列给出了在复习过程中一些C++后台相关面试题，回答内容按照笔者的知识点掌握，故有些问题回答较为简略

1、信号的生命周期

一个完整的信号生命周期可以用四个事件刻画：1）信号诞生；2）信号在进程中注册完毕；3）信号在进程中注销完毕；4）信号处理函数执行完毕。

信号诞生：某个事件发生，触发相应信号；

信号注册：Linux中分为非实时信号（signal函数注册）和实时信号（sigaction函数注册，可以支持信号带有参数，signal不支持），从kernel对非实时信号和实时信号的处理中进行描述。

信号注销：进程在执行信号处理函数之前，首先要把信号在进程中注销，对于实时信号如果还存在多个排队的信号，其在信号注销之后不会在信号集中删除该信号；

执行信号处理函数：执行函数。这里涉及到内核从kernel返回user处理信号的过程：信号在程序上下文在kernel中的时候到来，在返回user时信号被响应，此时运行环境依然为内核态，将信号处理

函数栈帧压入到内核态栈帧，此时弹栈后返回到用户层执行信号函数，执行完毕后弹栈又重新回到内核态，继续处理系统调用返回，重新返回到用户态运行（即信号处理的两次陷入内核）

2、信号的产生方式

（1）终端按键产生信号，比如ctrl c

（2）硬件异常产生信号，比如执行除以0的指令，进程访问非法内存地址

（3）软件产生信号，比如kill函数

3、信号的处理方式

（1）忽略信号；

（2）执行信号的默认处理动作；

（3）执行自定义信号处理函数

4、如何消除隐式转换

如果c++类的构造函数有一个参数，那么在编译的时候有一个缺省的转换操作：将该构造函数对应数据类型的数据转换为该类型对象。

比如：

class Test
{
public:
    Test(int num){}   //定义为explict Test(int num){}，消除隐式转换，下述编译不能通过
}

Test obj = 

上述代码中编译器将自动将整形转换为Test类对象，实际上等同于Test obj(10)，这种是显示转换。如果有一个转换Test obj='a'，实际上num将等于97，这种不符合本类的设计初衷。为了防止这种隐式转换，C++定义explicit关键字，被修饰的构造函数不能发生相应的隐式类型转换，只能以显示方式进行类型转换。

5、重载，重写和隐藏的区别

这个回答后续补充

6、volatile表示什么？有什么作用？

该部分内容解释，详见这里

7、malloc和new的区别，free和delete的区别

malloc和free是c语言的标准库函数，new和delete是c++的运算符，都可以用于动态申请或释放内存。对于内部数据类型的对象（int, char等），采用malloc和new都可以完成对对象内存的分配，同时函数返回所分配内存的首地址。但是对于非内部数据类型对象，采用malloc和free不能完成内存分配，对象在创建时需要执行构造函数，在释放时需要执行析构函数，需要new与delete运算符完成上述内存的分配。malloc与free，new和delete必须配对使用，避免内存泄露。

8、free一个数组时如何知道要释放多大的内存

在malloc一块内存地址时，现代编译器会把内存大小数值放在分配地址开始的位置，从而使得free该块内存时，可以知道需要释放多大的内存。

9、Linux内部提供了哪些调试宏

__FILE__：文件名；__DATE__：日期 __TIME__：时间 __LINE__：当前代码行 __FUNCTION__：所在函数名称

测试代码：

#include <stdio.h>  

int main()
{
    printf("The file is %s.\n",__FILE__);
    printf( "The date is %s.\n", __DATE__ );
    printf( "The time is %s.\n", __TIME__ );
    printf( "This is line %d.\n", __LINE__ );
    printf( "This function is %s.\n", __FUNCTION__ );     

    return ;
}

结果：

The file is macro.c.
The date is Aug  .
The time is ::.
This is line .
This function is main.

10、手写线程安全的单例模式

分为懒汉模式和饿汉模式，详见这里。

11、引用和指针的区别

（1）引用是给另一个变量起的别名，所以引用不会额外分配内存空间。指针是一个实体，需要额外分配内存空间；

（2）引用在定义时必须进行初始化，并且之后不能够改变，指针在定义时不一定需要进行初始化，且指向的内容可以变化；

（3）有多级指针，但没有多级引用；

（4）指针和引用的自增运算结果不一样，指针自增指向下一个内存单元，引用自增是将遍历加1；

（5）sizeof引用得到的是引用变量的大小，sizeof指针得到的是指针变量的大小（32位为4字节，64位为8字节）；

（6）引用访问一个变量是直接访问，指针访问变量是间接访问。

详见这里。

12、pthread_cond_signal和pthread_cond_broadcast的区别

条件变量。前者用于唤醒一个等待条件的进程，后者用于唤醒所有等待条件的进程（惊群问题）。

13、如果用map删除了一个元素，迭代器还能用吗？为什么？怎么样做可以再接着用。

详见这里。

14、TCP三次握手和四次挥手及各自的状态。

结合《Unix网络编程卷1》。

（一）三次握手：

客户端　　　　服务端

SYN_SEND　　

　　　　　　　SYN_RECV

ESTABLISH　　ESTABLISH

（二）四次挥手：

客户端　　　　服务端

FIN_WAIT1　　

　　　　　　　CLOSE_WAIT

FIN_WAIT2　　

　　　　　　　LAST_ACK

TIME_WAIT

CLOSED　　　CLOSED

15、TCP如果两次握手会出现什么问题

如果二次握手的ACK丢失，客户端不能判断当前是否已经建立连接。

16、TCP四次挥手为什么要有TIME_WAIT状态？

客户端在接收服务端最后一次消息发送后，回复消息，状态会变为TIME_WAIT，并等待2MSL（MSL为报文的最大存活时间），如果服务端没有接收到客户端最后的恢复消息，会重新发发送最后一次关闭数据，数据包来回时间为2MSL。

17、死锁的原因

（1）死锁的四个条件：

互斥条件：描述一个资源只能被一个进程所占用

占用和等待条件：已经占有资源的进程会由于请求其他进程占用的资源而导致等待

不可剥夺条件：一个进程需要请求被其他进程占用的资源时，不能抢占该资源，只能通过其他进程释放

循环等待条件：死锁发生时，系统中存在着进程与资源的环路。

（2）避免死锁的方法：银行家算法

（3）预防死锁的方法：破坏四个必要条件

破坏互斥条件：一切都使用假脱机技术

破坏占用和等待条件：在开始时请求所有资源

破坏不可剥夺条件：使资源可剥夺

破坏环路等待条件：给所有资源按升序编号，一个进程每次只能请求比当前资源序号高的资源。

18、为什么要字节对齐

详见这里。

19、进程间通信的方式有哪些？线程间通信的方式有哪些？

进程间通信：信号，信号量，消息队列，管道（有名管道和无名管道），共享内存，socket

线程同步方式：互斥锁和读写锁，条件变量；信号量，临界区。

20、解决hash冲突的方法

详见这里。

21、C++的内存分为几个部分

Linux进程虚拟地址空间。详见这里。

22、如何得到一个结构体成员的偏移量？

类比于Linux内核进程current宏实现。详见这里。

23、进程与线程的区别

（1）进程是资源分配和调度的独立单元，线程是CPU调度的基本单元；

（2）同一个进程中可以包括多个线程，并且线程是共享进程资源的（这里共享只包括，写时拷贝的内存页，文件描述符，信号），但是线程独有的（task_struct进程结构体，内核栈，寄存器）

（3）线程结束不会影响到同一进程中的其他线程，但进程结束会影响到所有线程；

（4）由于线程共享同一进程的数据资源，所以对于数据的访问需要保证同步与互斥问题。

24、对一个数组而言，delete a和delete []a有什么区别？

delete a只会删除这个数组的第一个元素，其后的元素内存不会被释放掉，从而导致内存泄露。delete []a将会释放所有元素内存

25、IO模型主要有哪些

（1）同步阻塞IO：即传统的IO模型；

（2）同步非阻塞IO：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK

（3）IO多路复用：Reactor设计模式，常用的select和epoll

（4）异步IO：Proactor模式，也称为异步非阻塞IO。

同步和异步的概念描述的是用户线程与内核的交互方式：同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行；而异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式：阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；而非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

详见http://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/p/4098546.html

26、select，poll，epoll的区别

略。

27、TCP的nagle算法和延迟ACK，具有什么好处，但如果在一起使用会出现什么问题。

详见这里。

28、epoll的LT模式和ET模式

详见这里。

LT模式，如果有数据未处理完，会一直触发处理。ET模式，数据必须要一次性完成处理（采用while循环读入数据），否则下次不会被触发处理流程

一个面试问题：LT模式下，如果socket可写，将会一直触发可写，如何解决？

答：在需要写socket时，将其加入epoll的event，触发可写时进行写操作，写完后通过epoll_ctl将其移出event，从而避免重复触发可写。缺点在于：如果在发送数据量较少时，仍然需要两次epoll_ctl操作，会造成性能损耗。

优化方法：在需要写socket时，直接写socket，如果发生eagain或ewouldblock，再将其加入到epoll的event，判断其可写时再写。