C++服務端面試準備（4）Linux及多線程相關

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文件IO相關知識點

• 七種文件類型：普通文件(-)、目錄(d)、符號連接(l)、管道(p)、套接字(s)、字符設備(c)、塊設備(b)
• shell中文件的顏色：白色——普通文件、綠色——可執行文件、紅色——壓縮文件、藍色——目錄、青色——連接文件、黃色——塊設備字符設備管道、灰色——其餘文件
• PCB：進程控制塊，存放文件描述符表，本質是一個結構體
• PCB內部成員：進程ID、進程狀態、當前工做目錄、文件描述符表、用戶ID組ID、信號相關的信息等
• 一個進程有一個文件描述符表，大小爲1024字節，前三個被佔用，分別是STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO
• 文件描述符做用：尋找磁盤文件
• 查看磁盤命令：df -h

併發與並行

• 併發：

       是指同一個時間段內多個任務同時都在執行，而且都沒有執行結束。併發任務強調在一個時間段內同時執行，而一個時間段由多個單位時間累積而成，因此說併發的多個任務在單位時間內不必定同時在執行 。

• 並行：

       是說在單位時間內多個任務同時在執行。

       在多線程編程實踐中，線程的個數每每多於CPU的個數，因此通常都稱多線程併發編程而不是多線程並行編程。

進程相關知識點

• 查看進程：ps aux，ps ajx能顯示父進程，查看內存佔用：free -h，查看當前cpu：top
• MMU：虛擬內存映射單元，單位爲4k，虛擬內存經過MMU映射到物理內存
• 寄存器4字節，1字節8位
• 進程基本狀態：初始態、就緒態、運行態、掛起態、終止態

       運行態->掛起態：等待使用資源，如等待外設傳輸、人工干預等
       運行態->就緒態：出現有更高優先權進程

• 父子進程共享：文件描述符、mmap映射區、全局變量讀時共享、寫時複製
• 孤兒進程：父進程先於子進程結束，子進程稱爲孤兒進程，init進程變爲它的父進程並接管孤兒進程
• 殭屍進程：當子進程比父進程先結束，而父進程又沒有回收子進程，子進程的進程描述符仍然保存在系統中，此時子進程將成爲一個殭屍進程

進程間通訊相關知識點

• 進程間經常使用的4種通訊方式：管道（使用簡單）、信號（開銷小）、共享映射區（無血緣關係可用）、本地套接字（穩定）
• 管道：

       本質爲一個僞文件，內核使用環形隊列機制，藉助內核緩衝區(4k)實現，數據一旦讀走，管道中不在存在

• 共享映射區：

       mmap，一種內存映射文件的方法，將一個文件或者其它對象映射進內存，無血緣關係的進程間可以使用共享映射區進行通訊，在要求高性能的應用中比較經常使用。mmap映射內存必須是頁面大小的整數倍，面向流的設備不能進行mmap，mmap的實現和硬件有關

• 信號：

       簡單但不能攜帶大量信息，知足條件才發送，至關於中斷，有很強的延時性，全部信號都由內核(PCB)發送和處理
       信號4要素：編號、名稱、事件、默認處理動做
       信號處理方式：執行默認動做（終止進程、忽略信號、終止進程並生成CORE文件、暫停進程、繼續運行進程）、忽略、捕捉

• 查看信號列表：kill -l

建立會話要注意什麼

• 建立會話的進程不能是進程組組長，不然出錯返回
• 該進程變成新會話的首進程和一個新進程組組長
• 須要有root權限(Ubuntu不須要)
• 新會話丟棄原有的控制終端，該會話沒有控制終端
• 建立會話時，先調用fork，父進程終止，子進程再調用setsid()

建立守護進程

1. 在父進程中執行fork並exit退出；
2. 在子進程中調用setsid函數建立新的會話；
3. 在子進程中調用chdir函數，讓根目錄 "/" 成爲子進程的工做目錄；
4. 在子進程中調用umask函數，設置進程的umask爲0；
5. 在子進程中關閉任何不須要的文件描述符(close(fd))或者重定向"/dev/null"

線程相關知識點

• 查看全部線程：top -H；ps -Lf 進程號，查看該進程的線程
• 線程定義：LWP，輕量級進程，有獨立的PCB和共享地址空間
• 爲何會出現線程安全：當一個線程在操做共享資源時，未執行完畢的狀況下，其餘線程參與進來，致使共享資源出現安全問題。
• 保護共享數據區方法：互斥量、讀寫鎖、條件變量、信號量(C語言)、原子操做(一般用來保護單個變量)、windows臨界區
• 死鎖：對一個鎖反覆Lock，或者2個線程各自鎖上一把鎖後請求對方的鎖
• 死鎖解決方法：按一樣的順序上鎖，c++11用std::lock(mutex1, mutex2, ...)

條件變量的使用

1. 建立一個互斥量，用lock_guard或者unique_lock封裝互斥量
2. 建立條件變量，用wait成員函數等待條件知足
3. 另外一線程使用notify_one或notify_all後激活wait
4. wait拿鎖後判斷第二個參數是否爲true，若是true則執行下面的代碼，若是false則表示條件不知足，繼續等待下次的激活

sleep()和wait()的區別

• sleep()包含<windows.h>頭文件，wait()包含<wait.h>文件
• sleep()佔着CPU休眠，不會解鎖，wait()釋放鎖並騰出CPU資源等待喚醒並拿鎖

進程與線程的區別

1. 進程是分配資源的基本單位；線程是系統調度和分派的基本單位。
2. 一個進程能夠擁有多個線程，屬於同一進程的線程，具備相同的地址空間，堆是共享的，棧是私有的。
3. 進程開銷大，線程開銷小
4. 線程間通訊相對方便，進程間通訊相對複雜
5. 多進程更健壯，多線程容易出錯
6. 進程是一個資源的容器，爲進程裏的全部線程提供共享資源，是對程序的一種靜態描述，線程是計算機最小的調度和運行單位，是對程序的一種動態描述

爲何使用多線程

1. 避免阻塞

       單個線程中的程序，是順序執行的。若是前面的操做發生了阻塞，那麼就會影響到後面的操做。這時候能夠採用多線程

1. 避免CPU空轉

       有時候處理一條請求，會涉及到數據庫訪問、磁盤IO等操做，這些操做的速度比CPU慢不少，而在等待這些響應的時候，CPU卻不能去處理新的請求，沒有充分利用資源，這時多線程就發揮做用了

1. 提高性能

       在知足條件的前提下，多線程確實能提高性能：
       第1，任務具備併發性，子任務之間不能有前後順序的依賴，必須是容許並行的，另外，還不能有資源競爭
       第2，只有在CPU是性能瓶頸的狀況下，多線程才能實現提高性能的目的。
       第3，就是須要有多核CPU才行，若是上述條件都知足，有一個經驗公式能夠計算性能提高的比例，叫阿姆達爾定律：
       速度提高比例 = 1/[(1-P)+(P/N)]
       其中P是可並行任務的比例，N是CPU核心數量

gdb基礎調試

編譯：gcc加要加-g，-g保留函數名和變量名
啓動：gdb 可執行文件
傳參：set args 參數1 參數2 ...

操做	命令
查看第n行的上下程序	l n
設置查看n行上下程序	set listsize n
查看其餘文件程序	l 文件名 : n 或 函數名
在n行打斷點	b n
查看斷點	i b
刪除斷點	d n，n爲斷點編號
設置無效或有效斷點	dis / enb n，n爲斷點編號
條件斷點	b n if 變量==值
運行	r 或 start，r直接到斷點，start進入程序第一行
單步執行	n
執行到下一個斷點	c
查看變量信息	p 變量名
查看變量類型	ptype 變量名
一直顯示變量信息	display 變量名
取消顯示變量	先i display 查看變量編號n，而後undisplay n
進入函數	s
離開函數	finish
跳出循環	until，須要刪除斷點
離開gdb	q

gdb也能夠直接調試core文件查看錯誤：

1.當一個程序出現段錯誤時，會出現如下提示：
       Segmentation fault (core dumped)
       core 指該程序運行時，進程空間的內存分佈
       dumped 表示內核已經把core拋出
       一般，出現段錯誤提示時程序運行目錄下應該自動生成一個core文件用來存儲內核拋出的core，可是，因爲linux環境通常默認設置core文件限制爲0，因此通常狀況下沒法生成core文件。

2.查看core文件大小限制：ulimit -c

3.將其修改成無限制：ulimit -c unlimited

4.運行命令：gdb 執行文件名 core

5.gdb輸入  where

gdb多線程調試

命令行查看線程信息：

• 查看當前運行的進程：ps aux|grep 執行文件名
• 查看當前運行的輕量級進程：ps -aL|grep 執行文件名
• 查看主線程和新線程的關係：pstree -p 主線程id

線程棧結構的查看：

• 獲取線程ID
• 經過命令查看棧結構：ps stack 線程ID

利用gdb查看線程信息：

• 將運行着的進程附加到gdb調試器當中，查看是否建立了新線程：gdb attach 主線程ID

進入gdb調試：

• info inferiors：查看當前進程
• info threads：查看當前線程
• bt：查看當前線程棧結構
• thread n/ID：切換線程（n表明第幾個線程）
• break 行號/函數名：設置當前線程斷點
• break file.c:100 thread all：在file.c文件第100行處爲全部通過這裏的線程設置斷點。
• set scheduler-locking off/on/step：
  在使用step或者continue命令調試當前被調試線程的時候：
  off：不鎖定任何線程，也就是全部線程都執行，這是默認值。
  on：只有當前被調試程序會執行。
  step：在單步的時候，除了next過一個函數的狀況之外(熟悉狀況的人可能知道，這實際上是一個設置斷點而後continue的行爲)，只有當前線程會執行。
• thread apply ID1 ID2 command：讓一個或者多個線程執行GDB命令command
• thread apply all command：讓全部被調試線程執行GDB命令command

makefile基礎

• 向下檢索內容，根據時間判斷哪一個文件須要更新
• 目標:依賴
         命令
• 查找目錄下指定文件類型：變量 = $(wildcard 文件路徑)
• 匹配替換：變量 = $(patsubst 原名稱, 替換後的名稱, 源文件)
• notdir：去除文件名的目錄函數
• basename：取文件名函數
• $@：規則中的目標 $<：規則中的第一個依賴 $^：規則中全部依賴
• /：換行
• 自定義命令：
  名稱：
         命令
• 聲明僞目標：
  .PHONY:名稱

隨便說一下Linux和Windows的區別

1. 兼容性：windows向後兼容，linux內核升級可能就不兼容，軟件方面windows佔優
2. 進程：單個進程windows不能執行，linux能夠
3. 性能：windows圖形界面，不少渲染，性能下降，linux少，用命令行工做，性能好
4. 文件系統：linux有多種文件系統，對文件和設備的管理佔優，windows較差
5. 中斷優先級：windows有32級，linux彷佛只有5級，異常分爲故障（fault）、陷阱（trap）和停止（abort）
6. 軟件啓動：windows用註冊表，linux用配置文件，靈活性高