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计算机网络
一、基本理论
1. 什么是网络，什么是计算机网络
1）网络：网络是将多个节点通过特定的介质联系起来的一种关系，如铁路网、交通网、人际关系网。网络可以是具体的，也可以是抽象的。
2）计算机网络：以计算设备作为节点，通信线路作为介质的网络。
2. 计算机网络有什么功能
1）实现数据与信息的传输 2）实现资源共享 3）实现资源高效配置，打破时空限制
3. 网络按照大小可以如何分类
可以分为局域网、城域网、广域网
4. 网络性能衡量指标有哪些
1）带宽：通信信道支持的最高数据频率(Mb/s, kb/s, Gb/s)
2）传输速率：每秒传输多少个bit数据
3）吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量
4）时延
- 传输时延：发送数据时候，到完成发送
- 传播时延：电磁波、电信号传输需花费的时间
- 处理时延：网络数据交换节点存储、转发所必需的处理时间
- 排队时延：网络节点队列分组、排队所经历的时间
5. 什么是服务器、客户端
客户端：请求服务的一方
服务器：提供服务的一方
6. 什么是网络通信协议
网络通信协议是数据组织、编码、传输、校验、解码的规则，用来保证网络通信过程数据正确传输，以及通信双方对信息的正确理解。
7. 什么是OSI/ISO七层参考模型，写出每层名称及其作用
ISO(国际标准化组织)
OSI(开放系统互联模型)
OSI/ISO七层参考模型是国际标准化组织提出的网络通信参考模型，将网络通信分为七个层次（步骤），每一层及其作用是：
- 应用层 : 提供用户服务,具体功能有程序体现
- 表示层 : 数据的压缩优化和加密
- 会话层 : 建立应用连接,选择合适的传输服务
- 传输层 : 提供传输服务,进行流量控制（进程到进程通信）
- 网络层 : 路由选择,网络互连（负责主机到主机通信，路由、分段）
- 数据链路层 : 进行数据交换,控制具体消息收发,链路连接（相邻主机通信）
- 物理层 : 提供物理硬件传输,网卡,接口设置,传输介质（定义机械、电气、电磁等物理标准）
8. OSI七层参考模型的优缺点有哪些
1）优点
- 建立了统一的网络工作流程
- 每个层次功能清晰,各司其职
- 降低了耦合度,方便了开发流程
2）缺点
9. 列举TCP/IP模型包含的层次
应用层、传输层、网络层、数据接口层
10. 什么是数据封装、解封
封装：每个层次接收上层传递的数据，加入本层的控制信息，传递给下一层 解封：每个层次接收下层传来的数据，读取并去掉控制信息，将数据送给上一层处理
11. 在网络通信中，数据包如何进行路径选择
1）网络节点分配一个IP地址（全世界独一无二的） 2）数据包中，包含了数据的源地址、目标地址 3）根据路由设备中路由表记录的路径信息，将数据投递给下一站，循环直至数据送达对方
12. IPv4地址表示方式
IPv4使用32bits来表示一个IP地址，如：
10101100 00101000 01000110 11111000
为了方便阅读，将IP地址每8bits作为一组，转换成10进制数字，每个数字间加一个点，这种表示方式叫点分十进制表示法，上面的二进制地址表示为十进制点分表示法为：
172.40.70.248
13. 有哪些特殊IP地址
- 127.0.0.1：本机测试IP
- 0.0.0.0：本机自动获取能够使用的网卡IP
- 192.168.1.0：表达一个网段
- 192.168.1.1：表示网关地址
- 192.168.1.255：广播地址
14. 什么是端口号，端口号的范围是什么
1）定义。端口号是一个16bit大小的整数，是网络地址的一部分，用于区分主机上不同的网络应用，工作与传输层。
2）端口号的范围是1~65535，其中1~255为众所周知的公共程序端口；256~1023 为系统应用端口；1024及以上为自定义端口。
15. ping命令的作用是什么
测试主机与另一台主机的联通性。
16. IP层有哪些主要协议，作用是什么
1）IP协议：路由、分段
2）ICMP协议：侦测网络故障
3）ARP/RARP协议：地址解析（IP解析为物理地址）和逆向地址解析（将物理地址解析为IP地址）
17. 传输层主要有哪些协议，特点是什么
1）传输层主要协议有TCP和UDP协议
2）特点
- TCP：面向连接；可靠传输；传输效率较低；适合与大量、可靠性要求较高的数据传输；
- UDP：面向非连接；不可靠传输；传输效率较高；适合少量、可靠性要求不高的数据传输。
18. 描述三次握手过程
1）客户端向服务端发起连接请求 2）服务端收到客户端请求报文(消息序列号),回复消息表示可以连接 3）客户端收到服务端回复,再从发送报文最终建立连接
19. 描述四次挥手的过程
1）主动方发送报文提出断开连接 2）被动方接收到断开请求,立即返回消息表示开始准备断开 3）被动方处理消息完毕,完成断开准备,再次发送报文表示可以断开 4）主动方收到断开指令,发送报文最终确认断开
20. 什么是socket，作用是什么
socket是用于网络计算机通信的一种接口，利用socket在系统软件级实现数据收发处理。它最早由加州大学伯克利分校开发，是目前互联网通信的基础、标准。要实现在多台计算机之间进行通信，必须使用socket。
21. 什么是流式套接字
1）面向连接、可靠传输、数据无差错的收发序列 2）提供流量控制功能 3）数据被看做字节流，长度无限制，多个数据包的数据持续流入
22. accept函数的作用是什么
accept函数阻塞并等待客户端连接请求，如果有新的连接，该函数才返回，返回值为一个新的socket(用于数据通信)和客户端地址。
23. 流式套接字为什么会产生粘包问题，如何解决
1）流失套接字数据被看做字节流，没有固定长度，多个数据包的数据持续流入，当后一个包的数据紧接着前一个包的数据，就产生了粘包。
2）解决方法
- 给数据包头部、尾部增加特殊标记，用来表示开头、结尾
- 在每个数据包头部加一个长度标记
24. 什么是广播
一点发送，该网段内所有的节点都接收的通信方式称为广播。
25. 广播地址如何计算
当主机地址全为1时，即为该网段的广播地址。例如：
IP地址: 192.168.1.3
掩码：255.255.255.0
IP地址二进制表示：11000000 10101000 00000001 00000011
网络地址：11000000 10101000 00000001 00000000
广播地址：11000000 10101000 00000001 11111111
广播十进制点分表示：192.168.1.255
26. 应用层有哪些常用协议
- 域名系统(Domain Name System，DNS)：用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务；
- 文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)：用于实现交互式文件传输功能；
- 简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol, SMTP)：用于实现电子邮箱传送功能；
- 超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)：用于实现WWW服务；
- 简单网络管理协议(simple Network Management Protocol，SNMP)：用于管理与监视网络设备；
- 远程登录协议(Telnet)：用于实现远程登录功能；
- DHCP：动态IP地址分配。
27. 如果一个数据包，接收地址填写错误，会出现什么现象
每个数据包都有一个对应的TTL值，每经过一次路由转发，该值会减少1，减少到0时，该数据包就不再被转发下去，直接向原地址返回一个数据不可达的错误。
28. 什么是阻塞I/O和非阻塞I/O
1）阻塞I/O：在发出某个函数(或系统调用)后，因为某种条件没有达成，要等到操作系统内核返回操作结果，才继续执行后面的代码，如果操作系统不返回结果，则一直等待；
2）非阻塞I/O：当用户进程发出I/O操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会阻塞，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。可以通过程序控制，需要进行下一次I/O操作，直到操作成功为止。
29. 什么是I/O多路复用
I/O多路复用是指一个进程与多个I/O之间进行通信，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪(IO可以进行读写)，则程进行相应的读写，从而实现单个程序处理多个网络连接I/O。I/O多路复用能提高程序效率，避免单个I/O阻塞造成其它I/O无法使用的情况。
30. Python实现I/O多路复用有几种方式，各自特点是什么
1）select方式。利用select调用，程序监控多个IO描述符。select方式开销较大，效率较低，而且支持的文件描述符数量较小，默认是1024；
2）poll方式。poll方式与select类似，管理多个文件描述符进行轮询，然后根据文件描述符的状态进行处理。poll没有最大数量限制；
3）epoll方式。epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll，能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率，效率较高，I/O数量无最大数限制。
31. 什么是epoll水平触发、边沿触发模式
1）水平触发：当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll会通知处理程序去读写。水平出发模式中，如果没有把数据一次性全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll时还会通知,如果你一直不去读写，它会一直通知；
2）边沿触发：当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时,epoll_wait只通知一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会重新发出通知。
并发编程
一、基础知识
1. 什么是并发执行和并行执行
1）并发：一段时间内几个程序都在运行，但一个时刻点只有一个程序在处理机上运行 2）并行：利用计算机多核资源，多个任务同时执行
2. 什么是进程，进程有什么特点
1）进程的定义
- 进程是正在运行的程序，或一个程序一次运行过程
- 有独立的地址空间，操作系统通过进程管理
- 进程是操作系统分配资源的基本单位
2）进程的特点
- 动态性：动态性是进程最基本的特征，是程序执行的过程，由创建而产生，由调度而执行，得不到资源而暂停，由撤销而终止；
- 并发性：是进程、OS重要的特征。多个进程实体同存于内存中，能在同一段时间内同时运行；
- 独立性：进程是独立运行的一个基本单位，即独立获得资源、独立调度的单位；
- 异步性：进程各自按照自己独立的、不可预知的速度执行（异步性），OS采取各种措施，保证各程序间正常协调执行。
3. 什么是进程控制块
进程控制块是系统中的一个内存区域，存放操作系统用于描述进程情况及控制程序运行所需的全部信息。包括：
- 进程标识信息：进程Id，进程名称;
- 进程调度信息：进程状态、优先级、进程关系;
- 进程控制信息：资源清单，信号量，互斥量（处于两个状态之一的变量）;锁信息，虚拟地址;
- 处理机信息：通用寄存器（CPU中用于计算、保存数据），执行计数器。
4. 进程有哪些状态，如何进行转换的
1）进程状态包括：
- 就绪：获得了处理机之外的一切资源，等待处理机执行
- 运行：正在处理机上执行
- 阻塞：又称挂起/等待，等待某个事件（IO操作），此时获得处理机也无法执行
2）进程状态转换
- 就绪-->运行：调度
- 运行-->阻塞：等待某个事件发生，IO请求
- 阻塞-->就绪：等待的事件已经发生
- 运行-->就绪：时间片使用完
- 阻塞 不能直接 转换到 运行态；就绪 不能直接 转换到 阻塞状态
5. fork函数的作用是什么
fork函数用来创建进程，该函数调用一次，会产生两次返回（父进程和子进程各一次），返回值0表示代表执行子进程中；返回值大于0表示父进程中，该返回值为子进程ID；返回值-1表示调用失败。
6. 进程间通信有哪些方式
1）管道（pipe）。管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。 2）命名管道（FIFO）。有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。 3）消息队列（Message Queue）。消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。 4）共享存储（Shared Memory）。共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。 5）信号量（Semaphore）。信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。 6）套接字Socket：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。
7. 什么是线程
线程（thread）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。
8. 线程的特点是什么
1）轻量级实体。线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
2）独立调度和分派的基本单位。在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”，故线程的切换非常迅速且开销小（在同一进程中的）。 3）可并发执行。在一个进程中的多个线程之间，可以并发执行，甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行；同样，不同进程中的线程也能并发执行，充分利用和发挥了处理机与外围设备并行工作的能力。 4）共享进程资源。在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。
9. 进程和线程有什么区别
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。 2）通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。 3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。 4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。 5）进程创建、销毁、调度开销比线程更大。 |
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发表于 2022-12-11 16:37:25