面試總結-OS篇（windows與linux內核對比）

原創 2012年05月07日 22:14:07

首先明確操作系統的幾大模塊：

1. 系統初始化

2. 進程管理

3. 文件系統

4. 存儲系統管理

5. I/O管理

那麼windows內核和linux內核在這幾個模塊上有哪些相同之處呢？又有哪些不同之處呢？

首先，作為os，他們的理念都是相似的。

1. 一切皆文件。 可能讀寫文件很好實現把，linux不管修改個什麼東東其實都是在修改文件

2. 進程是執行的實體。 幾乎對於操作系統的一切操作，都要通過進程來實現的，這個才是管理資源的真正實體。

3. 中斷。 在西電學習時，劉西洋做過這樣一個比喻。一個操作系統其實就是一個主循環加中斷，我覺得其實還是蠻生動的，很能突出中斷對於整個操作系統的意義。

下面，對於windows和linux做一個簡單的評析，以及提出一些在面試中遇到的問題，估計也是實際開發中的問題，內核之間肯定還是有不小區別的。

定位：windows vs linux

眾所周知，windows是商用系統，面向大眾的。既然是商用的，商用的很大一個特點就是向後兼容。而linux是開源系統，內核之間的升級很多時候並不兼容，主要是為了加入更多更新的東西把，但是升級真的很麻煩。

其次，windows只是pc領域的霸主，而linux在設計之初，很多時候是針對伺服器的。這個也導致了他們在實現的很多區別。

系統初始化：

略。不是很關鍵吧。但是實現過程都應該差不多，有興趣大家可以去查下。

進程管理：fork+exevc vs createProcess

Linux的進程創建函數？當然是fork了。Linux中進程本身是可以執行的。在windows中，進程只表示是資源的擁有者，不能單獨執行，執行必須要一個線程。

fork()的含義是把進程本身clone一個新的出來。也就是說，fork之後子進程和父進程都執行同樣的一段代碼。想要區分，必須通過fork的返回值來區分。

int pid = fork();

if (pid < 0) {// printf("error");} //小於0，發生錯誤

else if( pid == 0 ) {// printf("子進程!");} //==0，為子進程

else{ // printf("父進程! ");} // >0，父進程

為什麼這個樣子呢？Linux主要應用於伺服器。而伺服器最多用到的是把同一個資源開闢很多個進程給n多個用戶來同時使用啊。這樣開銷夠小，響應夠快。所以fork快速複製父進程，子進程直接使用父進程的地址。那麼子進程需要執行其他的資源呢？用exevc族，這個時候才為子進程開闢自己的地址空間，傳入需要執行的文件，就可以執行具體的內容了。

而windows中，createProcess有一大堆的參數，不過很多時候都默認為null。它的作用相當於fork+execv吧。

那麼怎麼理解linux和windows下的進程管理呢？

一個進程最基本的內容：PCB、程序段、數據段

一個線程包含的內容：線程ID，當前指令指針(PC），寄存器集合和堆棧組成。

線程是進程中的一個實體，是被系統獨立調度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統資源，只擁有一點在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源。

資源在外存上時候，往往都是代碼、資源什麼的，就是程序本身。而在內存上的時候，就有了進程，進程相當於代碼的一次生命周期，準備了一些最基本的能為運行做準備的上下文情況。而進程總要在cpu上跑一次把，執行一條一條的指令，這個時候就是線程在管理，線程相當於進程的一次生命周期，它真正的活了一把啊。

那麼os在執行時，就是進程線程都要準備好的。而linux在實現的時候，其實相當於是新建了很多指針指向同一塊資源，能夠直接給你執行，在運行時大家都控制處理它，夠快吧。而在需要執行不同的文件內容時，才為他在內存中分配相應的內存空間，做個替換工作，就有新的實體了。而windows下進程是資源的擁有者，你們誰想用就新建個線程自己去跑吧。

文件格式：PE vs ELF

windows可執行文件格式是PE（portable and executable，可攜帶可執行）。而linux使用的ELF（executable and linkable format，可執行和可鏈接格式）。兩者都有相似的東西，比如都分成了幾個section，包括代碼段，數據段等。但是兩個又不一樣。

由於windows內核固定，而linux內核之間往往不兼容。linux軟體安裝問題往往讓人很抓狂。在windows中只需要next、next一步步繼續就好了，而linux的軟體包則有很多，.deb、.rpm、.tar.gz什麼的。而內核版本不固定帶來的效果是可以升級很快，但向後兼容問題則讓我們抓狂的要死。安裝過程往往需要更改軟體依賴關係什麼的！！！Oh, fucking linux。而這些內核理念上的不同很大程度上導致了他們文件格式的不同。

文件系統：ntfs vs ext2&ext3

NTFS 提供長文件名、數據保護和恢復，並通過目錄和文件許可實現安全性。NTFS 支持大硬碟和在多個硬碟上存儲文件(稱為卷)。例如，一個大公司的資料庫可能大得必須跨越不同的硬碟。NTFS 提供內置安全性特徵，它控制文件的隸屬關係和訪問。從DOS或其他操作系統上不能直接訪問 NTFS 分區上的文件。如果要在DOS下讀寫NTFS分區文件的話可以藉助第三方軟體；現如今，Linux系統上已可以使用 NTFS-3G進行對 NTFS 分區的完美讀寫，不必擔心數據丟失。

Ext2是 GNU/Linux 系統中標準的文件系統，其特點為存取文件的性能極好，對於中小型的文件更顯示出優勢，這主要得利於其簇快取層的優良設計。

Ext3是一種日誌式文件系統，是對ext2系統的擴展，它兼容ext2。

1、高可用性

2、數據的完整性

3、文件系統的速度　　儘管使用ext3文件系統時，有時在存儲數據時可能要多次寫數據，但是，從總體上看來，ext3比ext2的性能還要好一些。這是因為ext3的日誌功能對磁碟的驅動器讀寫頭進行了優化。所以，文件系統的讀寫性能較之Ext2文件系統並來說，性能並沒有降低。

4、數據轉換 由ext2文件系統轉換成ext3文件系統非常容易

5、多種日誌模式

比較：從技術而言，windows在做這些方面真的很不入流。它對文件系統的以及設備的管理遠遠不及linux，windows下的刷新鍵不知道毒害了多少人呢？

Linux可以同時管理幾千個處理器，windows呢？兩個都夠嗆。Linux連續使用很多天，使用越來越快，windows一會就不行了。Linux的文件使用越多碎片就越少，windows一會就卡的要死。

中斷與I/O:

1. 中斷是由非同步的外部事件引起的。外部事件與中斷響應及中斷響應與正執行的指令沒有關係

2. 異常是執行指令器件檢測到不正常的或非法的條件引起的。異常與正執行的指令有直接的聯繫。根據引起一場的程序是否可被回復和恢復點不同，把異常分為故障（fault）、陷阱（trap）和中止（abort）。

故障是在引起異常的指令之前，把異常情況通知給系統的一種異常。

陷阱是在引起異常的指令之後，把異常情況通知給系統的一種異常。

中止就是中止處理了

Windows中IRQL（Interrupt ReQuest Level）的概念，而linux中沒有。

一個常規的IRQL如下：

31：高 30：掉點 29：處理器間中斷 28：時鐘 27：配置文件 26 。 。 。 3：設備中斷(其實只用了16個) 2：DPC/調度 1：APC 0：無源

Windows中有32級，而linux中似乎只有5級。更多的優先順序可以使響應各級服務時更加的好，但是嵌套深度太多總是容易帶來一些不必要的麻煩。

相似之處：

都將中斷分為了兩部分。在LINUX中叫ISR（還是其他？）和BOTTOM HALF。而WINODWS中，DPC(Deferred Procedure Calls)和APC(Asynchronous Procedure Calls)就非常類似BOTTOM HALF。

以linux為例：

上半部響應中斷，下半部分為中斷處理函數。

下半部分處理機制有tasklet、工作隊列、軟中斷

一. 軟中斷 軟中斷是靜態分配的，這也就意味這如果想定義新的軟中斷就必須重新編譯內核。軟中斷可以並發的運行在多處理器上，即使同一個軟中斷也是這樣。所以，軟中斷函數必須是可重入函數，而且需要使用自選鎖來保護數據結構。

二. tasklet tasklet也是一種軟中斷，但是tasklet比軟中斷有著更好的並發特性。是io驅動程序首選的可延遲函數方法。tasklet有如下的特性： （1）tasklet可以在內核運行的時候定義 （2）相同類型的tasklet不能在用一個CPU上並發運行，也不能在不同的CPU上並發運 （3）不同類型的tasklet不能在同一個CPU上並發運行，但是可以在不同的CPU上並發運行。所以如果不同的tasklet訪問相同的數據結構，需要加一定的鎖保護

三. 工作隊列 工作隊列由內核線程來執行。主要的數據結構是workqueue_struct結構。這個結構是是一個cpu_workqueue_struct的數組。cpu_workqueue_struct結構是工作哦隊列的基本結構。主要有此工作隊列工作的鏈表，還有內核線程的進程描述符的指針。 工作隊列的工作是由work_struct結構組成，這個結構有需要執行的函數，以及傳輸的數據等欄位。建立工作隊列是一項非常耗時的操作，因為它會建立一個內核線程。所以linux默認建立了一個工作隊列來供使用。每一個CPU一個這樣的工作隊列。

管理：

註冊表

這個是windows特色，而linux中每個軟體有自己的配置文件即可，靈活性很大

軟體使用

其實windows下的軟體絕大多數都有linux的對應東西。比如說word，在linux下使用latex做出來效果往往非常只好，而且不會因為移植問題二格式發生變化。用vim與ide相比呢？其實什麼軟體最好，當然是diy的了，定製的總是最好的咯

如何深入內核： shell？（常用命令）

Linux很多時候通過shell來訪問內核，命令行模式為在經常接觸內核的過程中算是個很好的選擇了。總比windows下用資源瀏覽器或者ie總出現未響應要好得多吧。

內核樹與補丁？

其實就是內核源碼

Linux內核開發流程當前包括一些主內核分支，和很多不同的子系統專有的內核分支。它們是：

理念：

補丁？ 真想不通windows為什麼那麼麻煩，有缺陷通過打補丁的方式，還不斷的更新。有病毒買殺毒軟體花錢，整理系統花錢，什麼都花錢，費勁。

內核為何使用了C，而非C++？

根據linus torvalds的解釋：C++語言想解決的問題都不對路，都是一些皮毛問題，而沒有涉及真正深層次的問題。 C++的對象、模板和函數重載都基本上純粹是C的語法擴展，是語法糖，總體上把C的語法和類型系統都弄得更糟。他建議，在系統編程里直接用C就可以，非系統編程里，應該選擇一種有垃圾收集的語言，C++語言的特性基本無用，只會搗亂。因此，什麼時候C++都不可能是正確的選擇。

Linus也承認，在其他一些情況下，可能需要更多語言支持，語言級的內存分配機制如垃圾收集、並發、動態代碼生成等等。但是內核開發不需要。

很多時候c++的stl、boost庫都已經很成熟了，但是都有一定的編程模型什麼的在裡面。但是在對內核進行更改的時候，這些東西很可能讓內核更改陷入困境。簡潔就是美吧，抽象程度太高在某些時候未必奏效吧！！！

面試中常見OS問題：

進程與線程區別？線程安全？

進程狀態切換？

死鎖？死鎖條件？

創建進程、子進程？

常見linux命令？

中斷？Windows下linux下的區別？

IPC？那兩大類？主要的ipc方式？

Linux建立工程編譯等問題？

Linux編譯內核？內核移植？

Socket編程？

Gdb調試程序？Makefile熟悉？

驅動開發熟悉否？編寫驅動？

。。。

大概就這些吧，當年面了很多嵌入式崗位，現在又刪了些，感覺不要當年還是挺喜歡總結的，寫的不好，將就著看吧