這是一個嵌入式大廠面試題專欄，每天更新高頻面試題。專欄將包含題目描述、詳細(xì)解析、相關(guān)知識點擴(kuò)展以及實際代碼示例。內(nèi)容涵蓋操作系統(tǒng)、驅(qū)動開發(fā)、通信協(xié)議等核心領(lǐng)域，并結(jié)合實際項目經(jīng)驗進(jìn)行分析。每道題目都會附帶面試官可能的追問方向，幫助大家更好地準(zhǔn)備面試！

Linux進(jìn)程調(diào)度和進(jìn)程創(chuàng)建相關(guān)面試題

一、Linux進(jìn)程調(diào)度基礎(chǔ)

1. 進(jìn)程調(diào)度的概念

Linux進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)核心功能之一，負(fù)責(zé)決定哪個進(jìn)程在CPU上運行，以及運行多長時間。調(diào)度器的目標(biāo)是在保證公平性的同時，最大化系統(tǒng)吞吐量和最小化響應(yīng)時間。

2. Linux調(diào)度器的發(fā)展

• O(1)調(diào)度器：Linux 2.6早期版本使用，常數(shù)時間復(fù)雜度
• CFS(完全公平調(diào)度器)：從Linux 2.6.23開始引入，現(xiàn)在的主流調(diào)度器
• 實時調(diào)度器：用于實時任務(wù)，包括SCHED_FIFO和SCHED_RR策略
• BFS(腦殘調(diào)度器)和MuQSS：第三方調(diào)度器，針對桌面響應(yīng)優(yōu)化

3. CFS調(diào)度器原理

CFS基于"虛擬運行時間"概念，追蹤每個進(jìn)程的運行時間：

• 使用紅黑樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織進(jìn)程
• 進(jìn)程的虛擬運行時間越小，獲得CPU的優(yōu)先級越高
• 進(jìn)程運行時，其虛擬運行時間增加
• 目標(biāo)是讓所有進(jìn)程的虛擬運行時間接近

4. 調(diào)度策略和優(yōu)先級

Linux支持多種調(diào)度策略：

• SCHED_OTHER(CFS)：普通進(jìn)程的默認(rèn)策略
• SCHED_BATCH：批處理進(jìn)程，不需要交互
• SCHED_IDLE：優(yōu)先級最低的進(jìn)程
• SCHED_FIFO：實時進(jìn)程，先進(jìn)先出，不會被搶占(除非被更高優(yōu)先級進(jìn)程)
• SCHED_RR：實時進(jìn)程，時間片輪轉(zhuǎn)

優(yōu)先級系統(tǒng)：

• nice值：范圍-20到19，值越小優(yōu)先級越高，默認(rèn)為0
• 實時優(yōu)先級：范圍1-99，值越大優(yōu)先級越高

二、進(jìn)程創(chuàng)建相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用

1. fork系統(tǒng)調(diào)用

fork()是Unix/Linux中創(chuàng)建進(jìn)程的傳統(tǒng)方法：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

特點：

• 創(chuàng)建調(diào)用進(jìn)程的副本(子進(jìn)程)
• 子進(jìn)程獲得父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間、堆、棧的副本
• 父子進(jìn)程共享代碼段(只讀)
• 采用寫時復(fù)制(Copy-On-Write)技術(shù)優(yōu)化內(nèi)存使用
• 返回值：父進(jìn)程中返回子進(jìn)程PID，子進(jìn)程中返回0，失敗返回-1

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid < 0) {
        // 創(chuàng)建失敗
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子進(jìn)程
        printf("子進(jìn)程，PID: %d，父進(jìn)程PID: %d\n", getpid(), getppid());
    } else {
        // 父進(jìn)程
        printf("父進(jìn)程，PID: %d，子進(jìn)程PID: %d\n", getpid(), pid);
    }
    
    return 0;
}

2. vfork系統(tǒng)調(diào)用

vfork()是fork()的一種特殊形式：

#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);

特點：

• 創(chuàng)建進(jìn)程的目的是執(zhí)行exec系列函數(shù)
• 子進(jìn)程與父進(jìn)程共享地址空間(不使用寫時復(fù)制)
• 父進(jìn)程會被掛起，直到子進(jìn)程調(diào)用exec或exit
• 子進(jìn)程必須小心不修改共享的變量
• 現(xiàn)代系統(tǒng)中，fork的性能已經(jīng)很好，vfork使用較少

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = vfork();
    
    if (pid < 0) {
        // 創(chuàng)建失敗
        perror("vfork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子進(jìn)程
        printf("子進(jìn)程，PID: %d\n", getpid());
        // 子進(jìn)程必須調(diào)用exec或exit
        _exit(0);  // 注意使用_exit而非exit
    } else {
        // 父進(jìn)程
        printf("父進(jìn)程，PID: %d，子進(jìn)程PID: %d\n", getpid(), pid);
    }
    
    return 0;
}

3. clone系統(tǒng)調(diào)用

clone()是Linux特有的系統(tǒng)調(diào)用，提供更細(xì)粒度的控制：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
int clone(int (*fn)(void *), void *stack, int flags, void *arg, ...);

特點：

• 允許選擇父子進(jìn)程間共享的資源(如文件描述符、信號處理等)
• 是實現(xiàn)線程的基礎(chǔ)(pthread庫在底層使用clone)
• 通過flags參數(shù)控制共享程度
• 常用flags： CLONE_FILES：共享文件描述符表CLONE_FS：共享文件系統(tǒng)信息CLONE_VM：共享內(nèi)存空間CLONE_SIGHAND：共享信號處理函數(shù)

示例：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)  // 1MB?？臻g

// 子進(jìn)程執(zhí)行的函數(shù)
int child_func(void *arg) {
    printf("子進(jìn)程，P