网络工程师：计算机基础知识面试题（二）

53.在可变分区管理中，需要哪些硬件机制？

在可变分区管理（Variable Partitioning）中，需要以下硬件机制：

1. 内存管理单元（Memory Management Unit，MMU）：

MMU是计算机系统中的硬件组件，负责虚拟内存的管理和地址转换。在可变分区管理中，MMU可以将逻辑地址（由进程生成）转换为物理地址（实际的内存地址），以实现进程对内存的访问。

2. 地址转换表（Translation Lookaside Buffer，TLB）：

TLB是MMU中的高速缓存，存储最近访问的地址转换结果。TLB可以提高地址转换的速度，避免每次都需要访问主存中的转换表。

3. 内存分区表（Memory Partition Table）：

内存分区表是记录内存中各个分区的起始地址和大小的数据结构。操作系统使用内存分区表来管理可变分区，跟踪哪些分区是空闲的，以及哪些分区是被占用的。

4. 内存分配算法：

内存分配算法是确定如何为新进程分配可变分区的策略。常见的内存分配算法有首次适应、最佳适应和最坏适应等。这些算法根据可用分区的大小和位置，选择最合适的分区来满足新进程的内存需求。

5. 中断机制：

中断机制是计算机系统中用于处理外部事件和响应用户请求的硬件机制。在可变分区管理中，中断机制可以用于处理内存不足的情况，当系统无法分配足够的内存给新进程时，会触发内存分配失败的中断。

这些硬件机制的配合和支持，可以实现可变分区管理，为不同的进程提供合适的内存空间，并确保内存的使用效率和系统的稳定性。

54.中断和陷入的区别？

中断（Interrupt）和陷入（Trap）是计算机系统中两种不同类型的事件处理机制，它们的区别如下：

1. 触发条件：

中断是由外部设备或其他处理器事件触发的，它是一种异步事件，可以打断正在执行的程序。而陷入是由当前执行的程序自身触发的，它是一种同步事件，通过执行特定的指令（例如系统调用）来触发。

2. 处理方式：

中断的处理方式是先保存当前执行程序的上下文，然后根据中断类型跳转到相应的中断处理程序进行处理，处理完成后再恢复原来的程序状态继续执行。而陷入的处理方式是类似于函数调用，通过指令切换到内核态执行相应的陷入处理程序，处理完成后再返回到原来的用户态程序继续执行。

3. 目的和功能：

中断的目的是处理外部事件，如设备IO完成、时钟中断等，以便及时响应和处理这些事件。陷入的目的是使用户程序能够请求操作系统的服务，如申请系统资源、进行文件操作等，提供用户与操作系统的交互接口。

4. 上下文切换：

中断的处理需要保存和恢复多个进程的上下文，因为中断可以发生在任何时间，需要保证中断处理程序的正确执行。而陷入的处理通常只涉及当前进程的上下文切换，因为陷入是由当前进程自身触发的，不涉及其他进程。

总结：中断是由外部事件触发的异步事件处理机制，用于响应和处理外部设备事件。陷入是由当前执行的程序自身触发的同步事件处理机制，用于请求操作系统的服务和资源。它们在触发条件、处理方式、目的和功能等方面有所不同。

55.为什么要引入多道程序技术？

引入多道程序技术的主要目的是提高计算机系统的资源利用率和系统吞吐量，同时改善用户体验。以下是引入多道程序技术的一些主要原因：

1. 提高CPU利用率：

在单道程序环境下，当一个程序执行时，CPU会闲置等待程序的I/O操作完成。而在多道程序环境下，多个程序可以同时运行，当一个程序在等待I/O操作时，CPU可以切换到另一个可执行的程序上，充分利用CPU资源，提高CPU利用率。

2. 提高系统吞吐量：

多道程序技术允许多个程序同时运行，可以减少程序等待时间，提高系统的吞吐量。当一个程序在等待I/O操作时，系统可以切换到其他可执行的程序上，从而减少整体的执行时间。

3. 提高用户响应时间：

在多道程序环境下，用户可以同时提交多个程序，这些程序可以并发执行，从而减少用户等待的时间，提高用户的响应时间和体验。

4. 提高资源利用率：

多道程序技术可以使系统中的资源得到更好的利用，如内存、外设等。多道程序共享系统资源，通过合理调度和分配，可以使每个程序都得到相应的资源，提高资源的利用效率。

5. 实现并行和并发：

多道程序技术可以实现并行和并发执行，提高系统的处理能力。通过同时执行多个程序，可以在同一时间内完成更多的任务，提高系统的并发性。

总结：引入多道程序技术可以提高CPU利用率、系统吞吐量和用户响应时间，同时提高系统资源的利用率，实现并行和并发执行，从而提高计算机系统的性能和效率。

56.什么是管态和目态？

管态（Supervisor Mode）和目态（User Mode）是计算机系统中的两种运行模式，用于区分不同程序或进程对系统资源的访问权限和特权级别。

1. 管态（Supervisor Mode）：

也称为内核态（Kernel Mode）或特权态（Privileged Mode），是操作系统内核或系统管理程序运行的特权模式。在管态下，程序拥有最高的特权级别，可以访问和控制系统的所有资源和功能，包括硬件设备、内存管理、中断处理等。管态下的程序可以执行特权指令，对系统资源进行底层操作和管理。

2. 目态（User Mode）：

也称为用户态（User Mode）或普通态（Normal Mode），是普通应用程序运行的一般模式。在目态下，程序的特权级别较低，只能访问受限的资源和功能，不能直接操作系统底层资源和特权指令。目态下的程序只能使用系统提供的API或接口来访问系统资源，不能直接进行底层操作。

区分管态和目态的目的是为了保护系统的稳定性和安全性。通过将操作系统和用户程序的特权级别分开，可以防止用户程序对系统资源的滥用和错误操作，确保系统的稳定运行。只有在管态下，操作系统内核或系统管理程序才能对系统资源进行直接的操作和控制。

需要注意的是，从管态到目态的切换是通过特权指令或中断触发的，而且只有在系统保护模式下才能实现管态和目态之间的切换。在大多数操作系统中，只有操作系统内核才能进入管态，用户程序始终运行在目态下。

57.面向连接和非面向连接的特点是什么？

面向连接和非面向连接是在网络通信中使用的两种不同的通信方式。

1. 面向连接（Connection-oriented）：

- 建立连接：在进行通信之前，发送方和接收方需要建立一个连接。建立连接的过程包括三次握手（通信双方互相确认连接）和分配资源。
- 可靠性：面向连接的通信方式提供可靠的数据传输，确保数据的完整性和顺序。通过使用确认和重传机制，可以检测和纠正数据传输中的错误。
- 有序性：在面向连接的通信中，数据按照发送的顺序进行传输，接收方会按照相同的顺序接收数据。
- 延迟：由于需要建立连接和进行确认，面向连接的通信方式通常有较高的延迟。

2. 非面向连接（Connectionless）：

- 无连接：非面向连接的通信方式不需要建立连接，每个数据包都是独立的，可以单独发送。
- 速度：由于不需要建立连接和进行确认，非面向连接的通信方式通常具有较低的延迟，传输速度也较快。
- 不可靠性：非面向连接的通信方式对数据传输的可靠性较低，可能会丢失数据包或乱序传输。
- 简单性：由于不需要建立连接和维护状态，非面向连接的通信方式更加简单，适用于短暂的、不需要可靠性的通信。

面向连接和非面向连接的选择取决于具体的应用场景和需求。面向连接适用于需要可靠性和有序性的应用，如文件传输、视频流传输等；而非面向连接适用于实时性要求高、数据量小且不需要可靠性的应用，如实时音频传输、DNS查询等。