SleepyLoser's Blog

什么是缓存(Cache)？为什么需要缓存？如何提高缓存的命中率？缓存是不是最快的？ Cache即CPU的高速缓冲存储器，是一种是用于减少处理器访问内存所需平均时间的部件； 由于CPU的计算速度远远大于从CPU向内存取数据的速度，如果每次都让CPU去内存取数据，会导致CPU计算能力的浪费，所以人们设计了缓存，CPU通过读写缓存来获取操作数，结果也通过缓存写入内存； 注意程序的局部性原理，在遍历数组时按照内存顺序访问；充分利用CPU分支预测功能，将预测的指令放到缓存中执行；此外缓存的容量和块长是影响缓存效率的重要因素。 缓存不是最快的，寄存器更快。 附 Cache 的基本原理 编译器、汇编器和链接器的基本概念编译器 编译器把高级语言翻译为机器语言 得到 hello.s 文件，这个是汇编语言程序 不同的高级语言翻译的汇编语言相同 汇编器 汇编器将 hello.s 翻译成机器语言指令，把这些指令打包成可重定位目标程序。 得到 .o 文件，是一个二进制文件，它的字节码是机器语言指令，不再是字符。前面两个阶段都还有字符。 链接器 链接器负责 .o 文件的合并。得到的是可执行目标文件。 gcc ...

简述进程、线程、协程的概念进程 保存在硬盘上的程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，这个内存体有自己独立的地址空间，有自己的堆，不同进程间可以进行进程间通信，上级挂靠单位是操作系统。一个应用程序相当于一个进程，操作系统会以进程为单位，分配系统资源（CPU 时间片、内存等资源），进程是资源分配的最小单位。 线程 线程从属于进程，也被称为轻量级进程，是程序的实际执行者。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条- 线程并行执行不同的任务。一个线程只有一个进程。 每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口，但是线程不能够独立执行，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。 线程拥有自己独立的栈和共享的堆，共享堆，不共享栈，线程亦由操作系统调度(标准线程是的)。 协程 协程是伴随着主线程一起运行的一段程序。 协程与协程之间是并行执行，与主线程也是并行执行，同一时间只能执行一个协程提起协程，自然是要想到线程，因为协程的定义就是 ...

进程的调度方式 通常有以下两种进程调度方式： 非剥夺（非抢占）调度方式：当一个进程正在处理机上执行时，即使有某个更为重要或者紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在执行的进程继续执行，直到该进程完成或发生某种事件而进入阻塞态时，才把处理机分配给更为重要或紧迫（优先级更高）的进程。其优点是实现简单，系统开销小，适用于大多数批处理系统，但它不能用于分时系统和大多数实时系统。 剥夺（抢占）调度方式：当一个进程正在处理机上执行时，若有某个更为重要或紧迫的进程（优先级更高）的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给这个更重要的进程。这种方式对提高系统吞吐率和响应效率都有明显的好处。但抢占也要遵循一定原则。 调度的基本准则 主要有以下几种： CPU利用率：CPU是计算机系统中最重要和最昂贵的资源之一，所以应该尽可能使得CPU保持忙的状态，资源利用率尽可能高。 系统吞吐量：单位时间内CPU完成的作业数量。长作业需要消耗较长的处理机时间，会降低系统的吞吐量。对于短作业，他们所需消耗的处理机时间较短，因此能提高系统吞吐量。调度算法和方式不同，也会对系统的吞吐量产生较大影响。 周转时 ...

内存分布 以32位系统为例，共有4G的寻址能力，进程在内存中的分布如下图所示。Linux默认将高地址的1G空间分配给内核，称为内核空间，剩下的3G空间分配给进程使用，称为用户空间。 操作系统内核区 用户不可见 用户栈 栈指针，向下扩展 动态堆 向上扩展 全局区（静态区） .data初始化 .bss未初始化 文字常量区（只读数据） 常量字符串 程序代码区 栈指针，向下扩展 栈区 由编译器自动分配释放，速度较快 用来存储函数调用时的临时信息的结构，存放为运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。这些局部变量等空间都会被释放 程序运行过程中函数调用时参数的传递也在栈上进行，如递归调用栈 当栈过多的时候，就是导致栈溢出（比如大量的递归调用或者大量的内存分配） 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域，空间有限 堆区 由程序员分配 (new,malloc) 释放 (delete,free) ，并指明大小，速度较慢 若程序员不释放，导致内存泄漏，new 完没有 delete 不过在整个程序结束时由操作系统回收,但是这样无疑增加 ...

页面置换算法简介 进程运行时，若其访问的页面不在内存而需将其调入（缺页异常），但内存已无空闲空间时，就需要从内存中调出一页程序或数据，送入磁盘的对换区，其中选择调出页面的算法就称为页面置换算法。 好的页面置换算法应有较低的页面更换频率，也就是说，应将以后不会再访问或者以后较长时间内不会再访问的页面先调出。 页面置换算法的目标是最小化缺页中断的次数，常见的页面置换算法有最佳⻚⾯置换算法（OPT）、先进先出置换算法（FIFO）、最近最久未使⽤的置换算法（LRU）、时钟页面置换算法和最不常⽤置换算法等。 最佳页面置换算法（淘汰未来不会使用/最长时间不访问的页面） 理论上的最佳算法，因为它可以保证最低的缺页率。但在实际应用中，由于无法预知未来的访问模式，OPT 通常无法实现。 先进先出置换算法（优先淘汰最早进入内存的页面） FIFO 算法维护一个队列，新来的页面加入队尾，当发生页面置换时，队头的页面（即最早进入内存的页面）被移出。 FIFO 和 OPT 算法的区别在于：除了在时间上向后或向前看之外，FIFO 算法使用的是页面调入内存的时间，OPT 算法使用的是页面将来使用的时间 ...

并发与并行 并发：在一段时间内，多个任务都会被处理。但在某一时刻，只有一个任务在执行。单核处理器做到的并发，其实是利用时间片的轮转，例如有两个进程 A 和 B，A 运行一个时间片之后，切换到 B，B 运行一个时间片之后又切换到 A。因为切换速度足够快，所以宏观上表现为在一段时间内能同时运行多个程序。 并行：在同一时刻，有多个任务在执行。这个需要多核处理器才能完成，在微观上就能同时执行多条指令，不同的程序被放到不同的处理器上运行，这个是物理上的多个进程同时进行。 进程的状态 运⾏状态（Runing）：该时刻进程占用 CPU； 就绪状态（Ready）：可运行，由于其他进程处于运行状态而暂时停止运行； 阻塞状态（Blocked）：该进程正在等待某⼀事件发生（如等待输⼊/输出操作的完成）而暂时停止运行，这时，即使给它 CPU 控制权，它也无法运行； 创建状态（new）：进程正在被创建时的状态； 结束状态（Exit）：进程正在从系统中消失时的状态； 进程与线程 进程是一个正在执行的程序的实例。每个进程有自己独立的地址空间、全局变量、堆栈、和文件描述符等资源。 线程是进程中的一个执行单元。 ...

三次握手 第一次握手：SYN（最开始都是 CLOSE，之后服务器进入 LISTEN） 发起连接：客户端发送一个 TCP 报文段到服务器。这个报文段的头部中，SYN 位被设置为 1，表明这是一个连接请求。同时，客户端会随机选择一个序列号（Sequence Number），假设为 x，发送给服务器。 目的：客户端通知服务器它希望建立连接，并告知服务器自己的初始序列号。 状态：客户端进入 SYN_SENT 状态。 第二次握手：SYN + ACK 确认并应答：服务器收到客户端的连接请求后，如果同意建立连接，它会发送一个应答 TCP 报文段给客户端。在这个报文段中，SYN 位和 ACK 位都被设置为 1。服务器也会选择自己的一个随机序列号，假设为 y，并将客户端的序列号加 1（即 x+1）作为确认号（Acknowledgment Number），发送给客户端。 目的：服务器告诉客户端，它的连接请求被接受了，并通知客户端自己的初始序列号。 状态：服务器进入 SYN_RCVD 状态。 第三次握手：ACK 最终确认：客户端收到服务器的应答后，还需要向服务器发送一个确认。这个 TCP 报文段的 ...

TCP 长连接和短连接什么是长连接和短连接 长连接（long connnection），指在一个连接上可以连续发送多个数据包，在连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发链路检测包。 短连接（short connnection），是相对于长连接而言的概念，指的是在数据传送过程中，只在需要发送数据时才去建立一个连接，数据发送完成后则断开此连接，即每次连接只完成一项业务的发送。 TCP 长短连接的优势TCP 短连接 模拟一下TCP短连接的情况：client 向 server 发起连接请求，server 接到请求，然后双方建立连接。client 向 server 发送消息，server 回应 client ，然后一次读写就完成了，这时候双方任何一个都可以发起 close 操作，不过一般都是 client 先发起 close 操作。 从上面的描述看，短连接一般只会在 client/server 间传递一次读写操作。 短连接优点：管理起来方便，存在的连接都是有效的连接，不需要额外的控制手段。 TCP 长连接 模拟一下TCP长连接的情况，client 向 server 发起连接，serve ...

局域网中的主机之间通信 局域网中的主机间通信分为 2 种： 两台主机处于同一网段 两台主机之间处于不同网段 局域网中处于同一网段中的主机通信 假如：主机 A 要和主机 B 通信，主机 A 知道主机 B 的 IP 地址。知道 IP 地址是通信的前提。首先，要通进行通信，IP 地址和 MAC 地址是必不可少的，IP 地址已经知道了，那么主机 A 必须要知道主机 B 的 MAC 地址，先在 ARP 表中查看有无该 IP 地址，如果有，就找出对应的硬件 MAC 地址，如果没有，主机 A 广播发送 ARP 请求来获取目的 MAC 地址，说 who is 192.168.1.102 ? 当 IP 地址是 192.168.1.102 的主机 B 收到后，会回复主机 A ，说 “我是 192.168.1.102 ，我的 MAC 地址是：xx-xx-xx-xx-xx-xx”（ARP应答）。这样一来，主机 A 就知道主机 B 的 MAC 地址了，当然，由于主机 A 在广播发送的 ARP 报文时，主机 A 的 MAC 地址被作为源 MAC 地址而封装在 MAC 帧中，所以主机 B 收到广播报文后 ...

OSI 七层模型 理论上的网络通信模型 应用层：最靠近用户的层，负责处理特定的应用程序细节。这一层提供了网络服务与用户应用软件之间的接口。例如，Web 浏览器、FTP 客户端和服务器、电子邮件客户端等。 表示层：确保从一个系统发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。它负责数据的转换、压缩和加密。例如，确保数据从一种编码格式转换为另一种，如 ASCII 到 EBCDIC。 会话层：管理用户的会话，控制网络上两节点间的对话和数据交换的管理。它负责建立、维护和终止会话。例如，建立一个会话令牌，以便在网络上的两个节点之间传递。 传输层：提供端到端的通信服务，保证数据的完整性和正确顺序。这一层包括 TCP 和 UDP 等。 网络层：负责在多个网络之间进行数据传输，确保数据能够在复杂的网络结构中找到从源到目的地的最佳路径。这层使用的是 IP（Internet Protocol）协议。 数据链路层：在物理连接中提供可靠的传输，负责建立和维护两个相邻节点间的链路。包括帧同步、MAC（媒体访问控制）。 物理层：负责在物理媒介上实现原始的数据传输，比如电缆、光纤和无线信号传输。涉及的内容包括电压、接口、针 ...