操作系统专题：进程线程、锁与同步、虚拟内存、I/O 多路复用、Linux 与 Shell

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这份 操作系统专题 面向后端学习和面试复习，整理操作系统基础、进程线程、进程间通信、锁与同步、内存管理、虚拟内存、零拷贝、I/O 多路复用、文件系统、Linux 和 Shell 相关内容。

适合谁看

正在系统学习操作系统基础的后端开发者。
准备校招、社招、中大厂操作系统面试题的同学。
对进程线程、死锁、内存管理、Linux 命令只会零散背诵的读者。
想为 Java 并发、JVM、数据库、网络编程打底的工程师。

学习重点

操作系统负责管理 CPU、内存、文件、I/O 和进程，是理解上层软件运行机制的基础。
进程、线程和进程间通信是并发编程、服务端性能和问题排查的基础概念。
锁与同步、死锁、上下文切换、调度是面试高频点。
内存管理、虚拟内存、分页、页面置换能帮助理解 JVM、数据库和缓存。
零拷贝、I/O 多路复用能帮助理解 Kafka、RocketMQ、Redis、Nginx、Netty 等高性能组件。
Linux 和 Shell 是后端开发、部署、排障、自动化脚本的常用能力。

建议阅读顺序

操作系统常见面试题总结（上）：先建立操作系统基础、进程线程、死锁、内存管理的高频问题清单。
操作系统常见面试题总结（下）：继续补齐文件系统、I/O、Linux 等问题。
进程与线程详解：区别、状态、通信、上下文切换与虚拟线程：系统理解进程、线程、PCB/TCB、fork/exec/wait、线程模型和上下文切换。
进程间通信（IPC）详解：管道、消息队列、共享内存、Socket 与 Binder：对比管道、消息队列、共享内存、信号量、Socket、Binder 等 IPC 方案。
操作系统锁与同步机制详解：mutex、semaphore、condition variable、spinlock 与 futex：理解临界区、互斥锁、信号量、条件变量、自旋锁和 futex 的职责边界。
死锁详解：四个必要条件、Java 死锁排查与数据库死锁处理：讲清死锁等待环、四个必要条件、Java 线程死锁排查和数据库事务重试。
虚拟内存详解：地址转换、TLB、缺页中断与页面置换：把分页、页表、TLB、缺页中断和页面置换串起来。
I/O 多路复用详解：select、poll、epoll 原理与区别：理解一个线程处理海量连接背后的内核机制。
零拷贝详解：mmap、sendfile 与 splice：搞清传统 I/O、mmap、sendfile、splice 的拷贝路径和适用场景。
Linux 基础知识总结：掌握目录结构、文件权限、常用命令和基础排障能力。
Shell 编程基础知识总结：学习变量、条件、循环、函数和常用脚本写法。

核心文章

操作系统常见面试题总结（上）：覆盖操作系统基础、进程线程、死锁、内存管理等高频问题。
操作系统常见面试题总结（下）：继续整理文件系统、I/O、多路复用、Linux 等知识点。
进程与线程详解：区别、状态、通信、上下文切换与虚拟线程：讲清进程和线程的资源边界、状态转换、Linux 创建机制和 Java 虚拟线程。
进程间通信（IPC）详解：管道、消息队列、共享内存、Socket 与 Binder：讲清常见 IPC 方式的原理、优缺点和选型思路。
操作系统锁与同步机制详解：mutex、semaphore、condition variable、spinlock 与 futex：讲清临界区、互斥锁、信号量、条件变量、自旋锁、futex、内存顺序和内核锁上下文。
死锁详解：四个必要条件、Java 死锁排查与数据库死锁处理：讲清死锁形成条件、资源分配图、Java 排查工具、数据库死锁检测和应用层重试策略。
虚拟内存详解：地址转换、TLB、缺页中断与页面置换：讲清虚拟地址、物理地址、分页、多级页表、TLB、缺页中断和页面置换算法。
I/O 多路复用详解：select、poll、epoll 原理与区别：讲清网络 I/O 的两个阶段、五种 I/O 模型，以及 select、poll、epoll 的区别。
零拷贝详解：mmap、sendfile 与 splice：讲清零拷贝到底省掉了什么，以及 Java NIO、Kafka、RocketMQ 中的典型应用。
Linux 基础知识总结：讲解 Linux 目录树、文件权限、常用命令、用户和进程管理。
Shell 编程基础知识总结：讲解 Shell 变量、条件判断、循环、函数、文本处理和脚本实践。

高频问题

进程和线程有什么区别？线程之间共享哪些资源？
进程间通信有哪些方式？各自适合什么场景？
什么是上下文切换？频繁上下文切换有什么影响？
mutex、semaphore、condition variable、spinlock 和 futex 分别解决什么问题？
死锁产生的必要条件是什么？Java 和数据库里如何排查死锁？
虚拟内存是什么？分页和分段有什么区别？
TLB、缺页中断和页面置换分别解决什么问题？
页面置换算法有哪些？缺页中断是怎么回事？
零拷贝为什么快？mmap、sendfile、splice 有什么区别？
文件系统 inode、硬链接、软链接分别是什么？
select、poll、epoll 有什么区别？
Linux 文件权限如何理解？常用排障命令有哪些？
Shell 脚本适合解决哪些自动化问题？

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