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5. 简述epoll和select的区别，epoll为什么高效？⭐⭐⭐⭐
1.请你说说CPU工作原理⭐⭐
- 取指令（Instruction Fetch）：CPU 从内存中获取当前要执行的指令。CPU 会根据指令寄存器中的指令地址，将指令从内存中读取到指令缓存（Instruction Cache）中。
- 解码指令（Instruction Decode）：CPU 解析指令，确定指令的操作类型（如加载、存储、运算等），以及操作的操作数（如寄存器、内存地址等）。
- 执行指令（Execute）：CPU 根据指令的操作类型和操作数执行相应的操作。这可能涉及数据的加载、存储、算术运算、逻辑运算、分支跳转等操作。
- 访问内存（Memory Access）：如果指令需要访问内存（如加载、存储操作），CPU 将计算出需要读取或写入的内存地址，并将数据从内存中读取或写入。
- 写回结果（Write Back）：如果执行的指令产生了结果，CPU 将结果写回到寄存器或内存中，以便后续的指令可以使用这些结果。
2.死锁的原因、条件？以及如何预防⭐⭐⭐
死锁: 是指多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成了互相等待。此时系统产生了死锁。比如两只羊过独木桥，若两只羊互不相让，争着过桥，就产生死锁。
产生的条件：死锁发生有四个必要条件：
- 互斥条件：进程对已分配的资源独享，其他进程需要等待。
- 请求保持条件：进程需要持有已分配的资源，并继续请求其他资源，但他们无法满足请求，导致进程阻塞并保持对已有资源的持有。
- 不可剥夺条件：进程已经获得的资源不能被其他进程强制性剥夺。
- 环路等待条件：存在多个进程之间形成循环等待资源的关系。
对于预防死锁的方法，可以采取以下措施：
- 破坏互斥条件：尽可能地共享资源，而不是互斥地独占资源。
- 破坏请求保持条件：请求资源时先释放已占有的资源，再请求所需的资源，以避免持有资源的阻塞情况。
- 破坏不可剥夺条件：引入资源抢占机制，使得系统可以对进程已获取的资源进行剥夺。
- 破坏环路等待条件：通过合理的资源分配策略，避免形成循环等待的资源关系。
3.死锁与活锁⭐⭐
死锁（Deadlock）和活锁（Livelock）是多线程并发编程中的两种不同类型的问题。它们之间的区别如下：
死锁：
- 死锁指的是两个或多个线程彼此等待对方释放所持有的资源，从而导致所有线程都无法继续执行，程序无法继续运行的情况。
- 死锁是一种静止状态，线程被无限阻塞，直到外部干预，如强制终止某些线程。
- 死锁发生时，线程无法自行解锁，需要外部的干预来打破循环依赖，释放资源以解决死锁。
活锁：
- 活锁指的是多个线程不断重试，但最终无法取得进展的情况。线程们在不断改变自己的状态，但总是无法成功完成所需的操作。
- 活锁是一种动态状态，线程不断重试，但无法使程序向前推进。
- 活锁通常是由于竞争条件、过度的自旋等问题引起的。
解决活锁问题的一般策略包括：
- 引入随机性：通过引入随机因素，使线程的行为具有一定的不确定性，避免线程们不断重复相同的操作。
- 使用策略：在活锁发生时，采用某种策略，例如放弃一部分工作、转让任务或等待一段随机时间等。
- 调整线程优先级：适当调整线程的优先级，以改变线程的竞争行为。
- 重新设计算法和协调：如果活锁是由于设计问题引起的，需要重新设计算法或协调机制，以避免竞争条件。
4.说说sleep和wait的区别？⭐⭐⭐
sleep和wait的区别：
- 所属类别：sleep是Thread类的方法，而wait是Object类的方法。
- 锁的释放：在调用wait时，线程会释放它持有的锁，进入等待状态，并等待其他线程通过notify或notifyAll来唤醒它。而sleep方法不会释放锁，线程会保持对锁的持有。
- 唤醒方式：调用wait的线程必须依赖其他线程的notify或notifyAll来唤醒它，而sleep方法可以设定一个固定的时间，时间到后线程会自动唤醒。
- 使用场景：wait通常用于线程间的同步和协作，例如等待其他线程的信号或共享资源的通知。sleep适用于线程的暂时休眠，例如实现定时任务或控制线程执行间隔。
5. 简述epoll和select的区别，epoll为什么高效？⭐⭐⭐⭐
epoll：
- epoll是Linux提供的一种I/O事件通知机制，通过epoll系统调用实现。
- 它能够监视大量的文件描述符，并且在文件描述符就绪时触发相应的事件。
- epoll使用了边缘触发模式（EPOLLET），只有当文件描述符状态发生变化时才触发事件通知，避免了频繁的轮询操作，提高了I/O效率。
- epoll适用于大规模并发连接，具有较好的扩展性和性能优势。
Select：
- Select是一种传统的多路复用机制，通过select系统调用实现。
- 它能够监听一组文件描述符，并在其中任意一个文件描述符就绪时返回。
- 在使用select时，需要将文件描述符集合加入到fd_set中，并通过轮询操作检查是否有文件描述符就绪，然后进行相应的操作。
- Select适用于较小规模的连接，但在连接数较大时，效率会下降。
epoll为什么高效？
拷贝开销:
- 每次调用select，都需要将文件描述符集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在文件描述符很多时会很大。
- epoll保证了每个文件描述符在整个过程中只会拷贝一次，因此不会有拷贝开销的增加。
遍历开销:
- 每次调用select，需要在内核遍历传递进来的所有文件描述符，即使只有很少的文件描述符就绪。
- epoll只需要轮询一次文件描述符集合，然后查看就绪链表中有没有就绪的文件描述符即可，避免了遍历所有文件描述符的开销。
文件描述符数量限制:
- select有一个固定的限制，它支持的文件描述符数量较小，默认情况下是1024。
- epoll没有这个限制，它所支持的文件描述符上限取决于系统最大可以打开的文件数目，一般远大于1024。
6.简述互斥锁的机制，互斥锁与读写的区别？⭐⭐
互斥锁（Mutex）是一种用于线程同步的机制，用于保护共享资源在多个线程间的互斥访问。互斥锁的特点如下：
- 互斥原理：当一个线程获得互斥锁时，其他线程需要等待该线程释放锁才能继续执行。通过互斥锁的加锁和解锁操作，可以确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，从而保证数据的一致性和正确性。
- 加锁操作：当线程想要访问共享资源时，首先需要尝试获得互斥锁。如果互斥锁已被其他线程占用，则当前线程会被阻塞，直到互斥锁被释放。一旦线程成功获得互斥锁，它就可以安全地访问共享资源。
- 解锁操作：线程使用完共享资源后，应该释放互斥锁，以便其他线程可以继续访问。释放互斥锁将导致等待该锁的线程中的一个或多个线程恢复执行。
互斥锁与读写锁（读写互斥锁）的区别如下：
- 互斥锁（Mutex）：互斥锁保证了在任意时刻只有一个线程能够获得锁。当一个线程获得互斥锁后，其他线程必须等待该线程释放锁才能继续执行。互斥锁适用于对共享资源的互斥访问，既包括读操作也包括写操作。
- 读写锁（ReadWrite Lock）：读写锁允许多个线程同时读共享资源，但在写共享资源时需要互斥访问。多个线程可以同时获取读写锁的读锁，只有当没有线程持有读锁时，写锁才能被获取。读写锁适用于读多写少的场景，可以提高并发性能。
7.中断怎么发生，中断处理大概流程⭐⭐
中断的发生过程大致分为以下几个步骤：
- 硬件触发中断：中断可以通过硬件设备（如时钟、外部设备、异常等）发出中断请求信号。
- 中断请求处理：当硬件设备发出中断请求信号后，CPU会检查中断请求线。如果存在中断请求，CPU会立即响应并暂停当前正在执行的程序。
- 中断处理程序调用：当中断发生时，CPU会根据中断号或中断向量表中的映射关系，找到对应的中断处理程序的入口地址。CPU将当前执行的指令的状态保存（通常是保存到栈或特定的寄存器中），然后跳转到中断处理程序的入口地址。
- 中断处理：中断处理程序根据中断类型或中断号，执行相应的处理逻辑。处理逻辑可以包括保存寄存器状态、处理中断事件、与硬件设备交互、更新数据结构等操作。
- 恢复执行：中断处理程序执行完毕后，会根据之前保存的状态信息（通常是从栈或特定的寄存器中恢复）恢复被中断的程序的执行。CPU从保存的状态信息中获取之前被中断的程序的状态，然后继续执行被中断的程序。
8.说说多路IO复用技术有哪些，区别是什么？⭐⭐
Select：
- select 是最古老的多路 I/O 复用技术之一，在多个文件描述符上执行 I/O 事件的轮询。
- 它使用一个位掩码（fd_set）来表示文件描述符集合，并提供了三个集合用于监视读、写和异常条件。
- 当调用 select 函数时，内核会遍历指定的文件描述符集合，检查是否有就绪的 I/O 事件，并进行相应的处理。
- 但是 select 有一些限制，如文件描述符数量限制和效率问题。
Poll：
- poll 是相对于 select 的改进，解决了 select 的一些限制问题。
- 它基于一个结构数组（struct pollfd）来存放需要监听的文件描述符和事件，通过调用 poll 函数进行监视。
- 类似于 select，当调用 poll 函数时，内核会遍历指定的文件描述符数组，检查是否有就绪的 I/O 事件，并进行相应的处理。
- 相比于 select，poll 没有文件描述符数量的限制，但在大量文件描述符上轮询时性能较差。
epoll：
- epoll 是基于事件驱动的多路 I/O 复用技术，在 Linux 系统中提供更高效的 IO 事件通知机制。
- 它使用回调式监听机制，可以在较大的文件描述符集合上快速发现和应答就绪的 I/O 事件。
- epoll 使用三个接口函数（epoll_create、epoll_ctl 和 epoll_wait）来创建、添加和等待 I/O 事件。
- 相比于 select 和 poll，epoll 避免了在每次调用时都需要遍历整个文件描述符集合的开销，具有更高的性能。
9.epoll水平触发与边缘触发的区别？⭐⭐⭐
在 epoll 中，有两种触发模式：水平触发（Level-Triggered，LT）和边缘触发（Edge-Triggered，ET）。
- 水平触发（LT）：在水平触发模式下，当一个文件描述符上有数据可读或可写时，epoll_wait 函数会立即返回，并通知用户程序进行 I/O 操作。如果文件描述符上的数据没有被完全读取或写入，下次调用 epoll_wait 时仍然会通知用户程序。水平触发是默认的触发模式，在 epoll_ctl 函数中不指定 EPOLLET 标志即可使用水平触发。
- 边缘触发（ET）：在边缘触发模式下，当一个文件描述符上的状态发生变化时（如从无数据变为有数据可读），epoll_wait 函数会通知一次，并且只通知一次。边缘触发模式要求用户程序持续地读取或写入数据，直到发生 EAGAIN 错误，才能确保不会错过任何事件。边缘触发需要在 epoll_ctl 函数中指定 EPOLLET 标志来开启。
区别：
- 触发方式：水平触发：只要文件描述符上有数据可读或可写，就会触发事件，不管之前是否已经通知过。边缘触发：只有在文件描述符的状态发生变化时才会触发一次事件通知。
- 通知次数：水平触发：如果数据没有被完全读取或写入，下次调用 epoll_wait 时仍然会通知用户程序。边缘触发：只会在文件描述符的状态发生变化时通知一次，需要用户程序持续读取或写入数据。
- I/O 处理方式：水平触发：不需要特别处理，可以使用常规的阻塞或非阻塞方式进行 I/O 操作。边缘触发：需要保持持续读取或写入数据，以免错过事件，一般需要使用非阻塞方式进行 I/O 操作。
10.请介绍一下5种IO模型⭐⭐⭐
阻塞式 IO 模型：
- 在阻塞式 IO 模型中，当应用程序发起一个 IO 操作时，它会一直等待，直到操作完成并返回结果。
- 在这个过程中，应用程序无法进行其他任务，会一直阻塞在该 IO 操作上。
- 阻塞式 IO 模型简单易用，但会导致应用程序的整体性能受限，因为在等待 IO 完成期间无法进行其他工作。
非阻塞式 IO 模型：
- 在非阻塞式 IO 模型中，应用程序通过设置文件描述符为非阻塞模式进行 IO 操作。
- 当进行非阻塞 IO 操作时，如果操作不能立即完成，系统会立即返回，而不会阻塞应用程序。
- 应用程序可以继续进行其他任务，然后通过轮询或其他手段来查询IO操作的状态，直到操作完成。
IO 复用模型：
- IO 复用模型使用 select、poll 或 epoll 等函数，可以同时监听多个文件描述符上的 IO 事件。
- 当任何一个文件描述符上有 I/O 事件发生时，应用程序会被通知，然后可以执行相应的读写操作。
- IO 复用模型避免了阻塞操作，可以同时处理多个文件描述符上的 I/O 事件，提高了系统的并发性能。
信号驱动式 IO 模型：
- 在信号驱动式 IO 模型中，应用程序发起一个 IO 操作后，可以继续进行其他任务而不会阻塞。
- 当 IO 操作完成时，系统会向应用程序发送一个信号，应用程序通过信号处理函数处理完成的 IO 事件。
异步 IO 模型：
- 在异步 IO 模型中，应用程序发起一个 IO 操作后，可以继续进行其他任务而不会阻塞。
- 当 IO 操作完成时，系统会通知应用程序，应用程序可以直接处理完成的 IO 事件