一、操作系统
1. 内存管理
1.1 什么是虚拟内存？为什么需要虚拟内存？
虚拟内存为程序提供比实际物理内存更大的内存空间，同时提高内存管理的灵活性和系统的多任务处理能力。虚拟地址空间是进程所能看到的连续、独立的内存空间，而实际地址空间是所有进程共享的有限物理内存。虚拟内存技术实现了内存隔离、内存扩展、物理内存管理和页面交换。
- 内存隔离：每个进程拥有独立的虚拟地址空间，无法访问其他进程的内存。
- 内存扩展：让每个进程拥有比实际大的内存空间地址，处理更多数据。
- 物理内存管理：内存不足时将不常用数据转移到硬盘释放内存。
- 页面交换：通过分页交换消除外部碎片，效率高于分段。
1.2 什么是内存分段和分页？作用是什么？
- 内存分段：将程序内存分为不同逻辑段（如代码段、数据段），每个段有独立大小和权限。易产生外部碎片。
- 内存分页：将虚拟和物理内存分成固定大小的页（如 4KB）。易产生内部碎片。
- 作用：逻辑隔离、内存保护、虚拟内存、共享内存、内存管理。
1.3 解释一下内核态和用户态
操作系统中的两种执行模式，控制对硬件资源的访问权限。用户态执行应用程序，内核态执行特权操作（系统调用、异常处理等）。内核态占用 CPU 时不能被抢占。
1.4 中断和异常？区别？
- 中断：由外部设备或其他处理器导致，异步发生（如键盘输入、网络数据到达）。
- 异常：由当前指令造成，同步发生（如除数异常、非法内存访问）。
1.5 数据结构
数组、链表、栈、队列、哈希表、树、图、集合、字典。每种结构适合解决特定问题。
2. 进程管理
2.1 进程和线程的区别
- 定义：进程是资源分配基本单位，线程是 CPU 调度最小单位。
- 开销：进程创建销毁及切换开销大；线程共享内存，开销小。
- 安全性：进程独立内存，崩溃不影响他人；线程共享内存，一个崩溃影响整个进程。
- 通信：进程需 IPC（管道、消息队列等）；线程可直接访问共享数据。
2.2 什么是协程？
协程是比线程更轻量的并发单元，由程序本身调度。轻量级、协作式调度、无需锁机制，适合高并发。协程在同一线程内顺序执行，减少竞态条件和死锁风险。
2.3 调度原则
关注 CPU 利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间。调度程序需权衡长任务和短任务，避免交互式应用等待时间过长。
2.4 调度算法
先来先服务、最短作业优先、高响应比优先、时间片轮转、最高优先级、多级反馈队列。
2.5 进程间通信 (IPC)
- 管道：单向，匿名或命名，简单但效率低。
- 消息队列：内核维护的消息链表，有大小限制。
- 共享内存：映射相同物理内存，速度最快，无拷贝开销。
- 信号量：整型计数器，用于互斥与同步。
- 信号：异步通知机制，用于异常情况。
- Socket：跨网络通信。
2.6 互斥与同步
- 临界区：访问共享资源的代码片段，必须互斥。
