面试经验 vol1 ｜ 计算机基础知识

总结常见的诞生于 计算机组成原理，操作系统、 计算机网络、算法设计基础中的常见的知识，在这个过程中回顾快速入门计算机知识中，从纸条到硬盘、从继电器到二极管；这门学科的目的是实现自动化的操作，帮助我们高效的完成既定任务。在这个过程要克服死记硬背的指令，来解决盲目寻找答案的过程。

操作系统相关

1.1 Shell和脚本

使用字符串和计算机内核进行交互。其核心功能是允许执行程序，输入并获取某种结构化的输出。shell和所有的编程语言，同样包括变量、函数、条件、循环等一些系列操作，同时会询问环境变量 $PATH

Shell 中常见的函数有哪些？

常见的函数：

date # 查看的当前日期
pwd # 阅读当前的工作目录
echo hello # 输出对应的值
echo $PATH # 查看环境变量
cd # 进入目录
ls # 列表
mv # 重命名或者移动文件
cp # 拷贝文件
mkdir #创建文件夹
find # 查找文件
fd pattern
 locate

Shell文本处理三巨头grep、sed、awk的案例

grep # global regular expression print ，用于搜索文本内容中匹配特定模式 
sed #  stream editor 流编辑器，用于执行文本文件中的文本替换、删除、插入操作
awk # 文本和数据的提取和报告生成

# 一些案例
grep 'error' log.txt
grep -r 'functionName' /path/to/directory/
awk '{print $1}' file.txt
awk 'END {print NR}' file.txt
sed 's/oldText/newText/g' file.txt
sed '3d' file.txt‘

Shell 中函数的常见参数

-h # 帮助
-- version# 查看版本

管道的使用方式Pipeline

> file  < file # 将程序的输入输出重定向
｜ # 使用pipes来连接输入和输出

从shell命令到脚本

从shell到脚本，可以实现变量、控制流和语法，同时加强了pipelines、保存到文件、标准输入输出原生操作的优势。

1. $Var 是变量，$0 脚本名、$1~9 参数名、$@所有参数、$# 参数个数、$? 前一个命令的饭绘制、$$ 当前脚本的进程识别码、!! 上一次命令、$_ 上一条命令最后一层参数
2. ‘ 和 “” 是不一样的
3. 同样支持 if case while for的控制流关键字的操作
4. 命令替换（command substitution）、进程替换（process substitution）

常用的正则表达式

必须要熟悉正则表达式：

1. . 除去换行符之外的任意单个字符
2. *匹配前面字符零次或者多次
3. ‘+’ 匹配前面字符一次或者多次
4. [abc]匹配abc其中的任何一个
5. (rx1|rx2)任何能够匹配Rx1或者rx2的结果
6. ^ 行首
7. $ 行尾

RegexOne - Learn Regular Expressions - Lesson 1: An Introduction, and the ABCs

配置文件的格式 dotfile

相关程序的配置问价 DOTFILE 是通过这类隐藏的配置文件实现的

bash ~/.bashrc
git /.gitconfig
vim ~/.vimrc 
ssh ~/.ssh/config

SSH 使用教程

ssh 使用过程，只需要向服务器证明客户端的私钥即可，等效于密码。

• ssh-keygen可以生成密钥
• 查询 .ssh/authorized_keys
• ssh-copy-id -i **pub username@ip

1.2 构建系统

调试器是什么以及其对应的作用？

是一种可以允许我们和正在执行的程序进行交互的程序，可以做到一条一条执行并且在程序崩溃之后查看变量的值；对于python的调试器包括：

1. l 显示当前行附近11行或继续执行之前的提示
2. s 执行当前行
3. n 继续执行到下一个条遇见
4. b 设置断点
5. p 打印，pprint对于表达式求值并输出结果
6. r继续执行
7. q推出

除了代码调试之外，通常还包括专门工具、静态分析、性能分析、事件分析等等

元编程 （meta programming）是什么？

不是关于代码、高效工作，而是如何在大型工程中提升代码的鲁棒性，这些包括构建系统、持续集成、代码测试、依赖管理等等内容

构建系统 （Make system）

构建系统在多次可以见到，包括嵌入式中将语言烧录成为hex格式并传送至小车、包括latex中构建pdf的过程等等了这个步骤包括不同的分支。通常这些工具需要 定义 依赖（dependence）、目标（target）和规则（rule）

• 依赖：系统的任务是找到构建这些目标所需要的依赖
• 目标：告诉构建系统的具体目标
• 规则：构建规则

常见的make是最常用的构建系统之一，包括makefile

依赖管理（Dependency management）

对于项目来说，依赖于其他的项目、其他的程序、系统包、语言库。这些依赖往往需要特定的方式来进行管理。每一种仓库、每一种工具的运行机制都不太一样，也就是版本控制（Version control）方法的不同，常见的规则包括

1. 如果新的版本没有改变API，则补丁递增
2. 如果添加api，且向后兼容，则次版本号递增
3. 如果修改api，但并不兼容，则主版本好递增

持续集成（Continuous integration）

随着项目规模的扩大，往往除了修改代码本身还需要有额外的操作。包括但不限于 代码风格检查、上传文档、编译文件、发不到pypi、执行测试套件等等。持续集成通常指的是“当您的代码变动的时候、自动运行的东西”，这些工具包括GitHub actions、Azure pipelines等等。工作原理为

您需要在代码仓库中添加一个文件，描述当前仓库发生任何修改时，应该如何应对。目前为止，最常见的规则是：如果有人提交代码，执行测试套件。当这个事件被触发时，CI 提供方会启动一个（或多个）虚拟机，执行您制定的规则，并且通常会记录下相关的执行结果。您可以进行某些设置，这样当测试套件失败时您能够收到通知或者当测试全部通过时，您的仓库主页会显示一个徽标。

测试简介（Code test）

测试套件：所有测试的统称

单元测试：一种微型测试

集成测试：针对系统的某个部分进行测试来观察是否可以协同工作

回归测试：特定模式测试、用于保证之前引起问题的bug不会出现

模拟：使用一个假的实现来替换函数、模块或类型，匹配那些和测试不相关的内容

Linux文件管理

• /bin - 基本命令二进制文件

• /sbin - 基本的系统二进制文件，通常是root运行的

• /dev - 设备文件，通常是硬件设备接口文件

• /etc - 主机特定的系统配置文件

• /home - 系统用户的主目录

• /lib - 系统软件通用库

• /opt - 可选的应用软件

• /sys - 包含系统的信息和配置(第一堂课介绍的)

• /tmp - 临时文件( /var/tmp ) 通常重启时删除

• /usr/
  

  - 只读的用户数据

  • /usr/bin - 非必须的命令二进制文件
  • /usr/sbin - 非必须的系统二进制文件，通常是由root运行的
  • /usr/local/bin - 用户编译程序的二进制文件

• /var -变量文件 像日志或缓存

1.3 操作系统相关

什么是操作系统（Operation system）

用于管理计算机硬件和软件资源，对下屏蔽硬件的复杂性、对上屏蔽资源调度的复杂性。所处于的内核（kernel）用用户提供应用（Application）、对下管理各种设备（device）

操作系统的主要功能

1. 进程和线程的管理，包括增、删、阻塞、唤醒、通信等等
2. 存储管理
3. 文件管理：读写删除等
4. 设备管理：输入输出设备的请求和释放
5. 网络管理
6. 安全管理等等

用户态和内核态切换到额方式

1. 系统调用
2. 中断 interrupt
3. 异常 exception

堆和栈原理

栈：栈是一种后进先出（Last In, First Out，LIFO）的数据结构，它只允许在一端（栈顶）进行数据的添加和删除操作。栈通常用于管理方法调用的执行顺序、局部变量的存储等。应用包括函数调用、表达式求值

堆：堆是一种动态分配的内存区域，程序在运行时可以从堆中分配或释放内存。不同于栈，堆的内存分配和释放是不连续的，因此它更灵活，但管理成本更高。应用包括动态数据结构、大对象存储

进程和线程的区别（Process和thread）

进程是APP、线程是APP中的一个功能。具体来说进程是操作系统进行资源分配和调度的独立单位，是程序执行的实体，每个进程都有自己独立的地址空间、内存、数据站和辅助数据；线程是进程执行的最小单位，可以利用进程中的资源，在同一个进程内多个线程共享其地址空间和资源

进程之间的通信方式（Inter- process communicating）

1. 管道（Pipes），允许一个进程和另一个进程之间的单向数据流。管道可以是匿名的，也可以是具名的（也称为命名管道或FIFO）。
2. 信号（Signals），种用于进程间通信的有限制的方式，允许进程给另一个进程发送简单的消息。信号是一种异步的通信方式，用于处理诸如终止请求（SIGTERM）、中断请求（SIGINT）等事件。
3. 消息队列（Message queues），允许不同的进程读写一个消息队列，这是一种比管道更灵活的通信方式，因为它允许消息的随机访问，不仅仅是FIFO（先进先出）。
4. 共享内存（Shared memory），允许多个进程访问同一块内存空间。这是一种非常高效的通信方式，因为数据不需要在进程间复制，但它需要同步机制来防止并发访问问题。
5. 信号量（Semaphore），主要用于同步多个进程对共享资源的访问，虽然它们本身不传递数据，但信号量可以用来同步数据访问，因此是进程间通信的重要部分。
6. 套接字（Sockets），提供了在不同主机上运行的进程之间通信的能力。套接字可以是基于流的（TCP），也可以是基于数据报的（UDP）。
7. 文件映射（Memory- mapped files），通过将文件或设备映射到内存，实现进程间的共享数据。这种方式允许文件或设备的内容直接加载到进程的地址空间，从而实现快速访问和修改。

为什么需要线程和多线程？

进程切换开销大，线程开销小。同时一个进程可以创建多个线程，线程可以并发处理不同的任务，有效的利用多处理器和多核计算机。而进程只能在一个时间内干一件事情

线程同步方式有哪些？

1. **互斥锁(Mutex)**：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。比如 Java 中的 synchronized 关键词和各种 Lock 都是这种机制。
2. 读写锁（Read-Write Lock）：允许多个线程同时读取共享资源，但只有一个线程可以对共享资源进行写操作。
3. **信号量(Semaphore)**：它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量。
4. 屏障（Barrier）：屏障是一种同步原语，用于等待多个线程到达某个点再一起继续执行。当一个线程到达屏障时，它会停止执行并等待其他线程到达屏障，直到所有线程都到达屏障后，它们才会一起继续执行。比如 Java 中的 CyclicBarrier 是这种机制。
5. 事件(Event) :Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作。

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进程有哪些状态？

1. 创建进程 new
2. 就绪状态 ready
3. 运行
4. 阻塞 或者等待
5. 结束

如何实现多线程？

计算机组成相关

如何实现高性能

1. CDN
2. 负载均衡
3. 数据库优化
4. 消息队列

如何实现高可用

1. 冗余设计
2. 服务限流
3. 降级
4. 超时
5. 性能测试入门

计算机网络相关

OSI 七层模型

1. 物理层：RS232、RS485、RJ45、SDH、DSL、SPI、CAN、802.11，考虑的 是如何传输比特
2. 数据链路层：Ethernet、PPP、ATM、MAC，考虑如何纠错，实现局域网的实现
3. 网络层：IP、ARP、ICMP 实现网络之间传输NAT
4. 传输层：TCP、UDP、SSL、TLS 实现进程和进程之间的通信
5. 会话层、表示层、应用层：DNS、HTTP、P2P、EMAIL、Telnet、FTP、SSH

从输入URL到页面展示的过程

1. 利用DNS查询（浏览器缓存、系统缓存、路由器缓存、DNS缓存）找到IP
2. 浏览器向服务器发送http请求
   1. 建立TCP、IP连接
   2. OPSF 在路由器之间使用
   3. ARP 转换成为mac
   4. HTTP 连接之后使用访问网页
3. 服务器处理需求

HTTP 和 HTTPS的区别（pass）

• 端口号：HTTP 默认是 80，HTTPS 默认是 443。
• URL 前缀：HTTP 的 URL 前缀是 http://，HTTPS 的 URL 前缀是 https://。
• 安全性和资源消耗：HTTP 协议运行在 TCP 之上，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份。HTTPS 是运行在 SSL/TLS 之上的 HTTP 协议，SSL/TLS 运行在 TCP 之上。所有传输的内容都经过加密，加密采用对称加密，但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密。所以说，HTTP 安全性没有 HTTPS 高，但是 HTTPS 比 HTTP 耗费更多服务器资源。
• SEO（搜索引擎优化）：搜索引擎通常会更青睐使用 HTTPS 协议的网站，因为 HTTPS 能够提供更高的安全性和用户隐私保护。使用 HTTPS 协议的网站在搜索结果中可能会被优先显示，从而对 SEO 产生影响。

关于 HTTP 和 HTTPS 更详细的对比总结，可以看我写的这篇文章：HTTP vs HTTPS（应用层） 。

HTTP 1.0 和HTTP1.1 的区别（pass）

• 连接方式 : HTTP/1.0 为短连接，HTTP/1.1 支持长连接。HTTP 协议的长连接和短连接，实质上是 TCP 协议的长连接和短连接。
• 状态响应码 : HTTP/1.1 中新加入了大量的状态码，光是错误响应状态码就新增了 24 种。比如说，100 (Continue)——在请求大资源前的预热请求，206 (Partial Content)——范围请求的标识码，409 (Conflict)——请求与当前资源的规定冲突，410 (Gone)——资源已被永久转移，而且没有任何已知的转发地址。
• 缓存机制 : 在 HTTP/1.0 中主要使用 Header 里的 If-Modified-Since,Expires 来做为缓存判断的标准，HTTP/1.1 则引入了更多的缓存控制策略例如 Entity tag，If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match 等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。
• 带宽：HTTP/1.0 中，存在一些浪费带宽的现象，例如客户端只是需要某个对象的一部分，而服务器却将整个对象送过来了，并且不支持断点续传功能，HTTP/1.1 则在请求头引入了 range 头域，它允许只请求资源的某个部分，即返回码是 206（Partial Content），这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接。
• Host 头（Host Header）处理 :HTTP/1.1 引入了 Host 头字段，允许在同一 IP 地址上托管多个域名，从而支持虚拟主机的功能。而 HTTP/1.0 没有 Host 头字段，无法实现虚拟主机

HTTP1.1 和HTTP2的区别

• 多路复用（Multiplexing）：HTTP/2.0 在同一连接上可以同时传输多个请求和响应（可以看作是 HTTP/1.1 中长链接的升级版本），互不干扰。HTTP/1.1 则使用串行方式，每个请求和响应都需要独立的连接，而浏览器为了控制资源会有 6-8 个 TCP 连接都限制。。这使得 HTTP/2.0 在处理多个请求时更加高效，减少了网络延迟和提高了性能。
• 二进制帧（Binary Frames）：HTTP/2.0 使用二进制帧进行数据传输，而 HTTP/1.1 则使用文本格式的报文。二进制帧更加紧凑和高效，减少了传输的数据量和带宽消耗。
• 头部压缩（Header Compression）：HTTP/1.1 支持Body压缩，Header不支持压缩。HTTP/2.0 支持对Header压缩，使用了专门为Header压缩而设计的 HPACK 算法，减少了网络开销。
• 服务器推送（Server Push）：HTTP/2.0 支持服务器推送，可以在客户端请求一个资源时，将其他相关资源一并推送给客户端，从而减少了客户端的请求次数和延迟。而 HTTP/1.1 需要客户端自己发送请求来获取相关资源。

HTTP2和HTTP3区别（Pass）

TCP三次握手

1. 客户端发送syn数据给服务端
2. 服务端发送 syn ack给客户端
3. 客户端发送ack给服务端

TCP四次回收

数据结构相关

面向象中的继承、多态、封装

封装（Encapsulation）：封装是面向对象编程的基本特征之一，它隐藏了对象的内部状态，并且只通过对象的方法来访问和修改。这样可以使代码更加安全和易于管理。

继承（Inheritance）：继承是从已有的类派生出新的类，新的类继承了原有类的属性和方法，并且可以添加新的属性和方法。继承可以提高代码的重用性，并且使代码更加清晰和易于维护。

多态（Polymorphism）：多态是指一个接口可以有多种实现方式，或者一个对象可以表现出多种形态。多态可以提高代码的灵活性和可扩展性，并且使代码更加易于理解和维护。