1.1 OSI 七层模型#

1.2 TCP/IP 四层模型#

实际工作中更常用的是 TCP/IP 四层模型：

1.3 TCP 三次握手与四次挥手#

三次握手建立连接：

1
客户端                      服务端
2
  │                            │
3
  │────── SYN (seq=x) ────────▶│  第一次：客户端发送 SYN
4
  │                            │
5
  │◀───── SYN+ACK (seq=y,ack=x+1)──│  第二次：服务端返回 SYN+ACK
6
  │                            │
7
  │────── ACK (ack=y+1) ──────▶│  第三次：客户端发送 ACK
8
  │                            │
9
  │         连接建立完成           │

四次挥手断开连接：

1
客户端                      服务端
2
  │                            │
3
  │────── FIN (seq=u) ────────▶│  第一次：客户端发送 FIN
4
  │◀──────── ACK (ack=u+1) ────│  第二次：服务端确认（客户端不再发送，但可以接收）
5
  │                            │
6
  │◀────── FIN (seq=w) ───────│  第三次：服务端发送 FIN
7
  │                            │
8
  │────── ACK (ack=w+1) ──────▶│  第四次：客户端确认（等待 2MSL 后关闭）
9
  │                            │

为什么是三次握手：

• 两次握手无法确认双方的发送和接收能力都正常
• 三次握手是确认双方「发送+接收」能力的最小次数

为什么是四次挥手：

• TCP 是全双工连接，需要双向各自关闭
• 服务端收到 FIN 后先回复 ACK，等应用层处理完再发 FIN

1.4 TCP 与 UDP 对比#

1.5 HTTP 常见状态码#

常用状态码：

• 200：OK，请求成功
• 301：永久重定向
• 302：临时重定向
• 304：缓存未修改
• 400：请求语法错误
• 401：未认证
• 403：无权限
• 404：资源不存在
• 500：服务器内部错误
• 502：网关错误
• 504：网关超时

1.6 DNS 解析过程#

1
浏览器缓存 → 系统缓存 → 本地 DNS 服务器 → 根域名服务器 → 顶级域名服务器 → 权威域名服务器

递归查询：客户端只发一次请求，本地 DNS 负责全部查询过程

迭代查询：DNS 服务器返回可查询的下一级服务器地址，客户端自行继续查询

2.1 同一主机进程间通信#

2.2 共享内存详解#

共享内存是最快的 IPC 方式，因为数据无需在用户态和内核态之间复制：

1
// 创建共享内存
2
int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT | 0666);
3

4
// 映射到进程地址空间
5
void *shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
6

7
// 读写共享内存（直接像访问内存一样）
8
((int *)shmaddr)[0] = 100;
9

10
// 解除映射
11
shmdt(shmaddr);
12

13
// 删除共享内存
14
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

2.3 不同主机进程间通信#

3.1 基本概念#

**进程（Process）**是资源分配的基本单位，拥有独立的地址空间、文件描述符、信号处理等资源。

**线程（Thread）**是 CPU 调度的基本单位，同一进程的线程共享进程的地址空间和资源。

3.2 对比#

3.3 线程的实现#

• 内核线程：OS 内核实现，调度直接由 CPU 完成
• 用户线程：库实现，内核未知，调度在用户态
• 轻量级进程（LWP）：Linux 中的实现，一对一映射到内核线程

3.4 僵尸进程与孤儿进程#

僵尸进程：子进程退出但父进程未调用 wait() 回收其退出状态，进程表项仍存在

孤儿进程：父进程退出，子进程还在运行，子进程被 init 收养

1
# 查看僵尸进程
2
ps aux | grep 'Z'
3

4
# 杀死僵尸进程的父进程
5
kill -9 <父进程 PID>

4.1 虚拟内存的作用#

虚拟内存让每个进程拥有独立的地址空间，解决了以下问题：

1. 进程隔离：防止进程间互相破坏
2. 内存高效利用：按需加载，不需要全部加载到物理内存
3. 简化内存分配：进程看到的连续虚拟地址对应物理上可能不连续
4. 实现内存保护：页表项记录权限（可读/写/执行）

4.2 页面置换算法#

当物理内存不足时，需要将页面换出到磁盘：

• FIFO：最先进先出，简单但可能有 Belady 异常
• LRU：最近最少使用，性能好但实现复杂
• Clock：LRU 的近似实现，用访问位模拟

4.3 内存碎片#

外部碎片：空闲内存加起来够用，但单块不够大（可通过内存紧缩解决）

内部碎片：分配的空间比请求的大，内部未被使用的内存

伙伴系统（Buddy System）：一种减少内存碎片的分配算法，内存按 2 的幂次划分，每次分配找到最小的满足 2^n 的块。

5.1 常见系统调用#

进程控制：

• fork()：创建进程
• execve()：执行新程序
• exit()：进程退出
• wait()：等待子进程退出

文件操作：

• open()：打开文件
• read()/write()：读写文件
• close()：关闭文件

内存管理：

• brk()/mmap()：修改程序断点/内存映射

通信：

• pipe()：创建管道
• socket()：创建 socket
• connect()/accept()：建立连接

5.2 用户态与内核态#

内核态（Kernel Mode）：CPU 可以访问所有内存和硬件，特权指令可执行

用户态（User Mode）：受限的内存访问和指令集

切换方式：

• 系统调用：用户态 → 内核态（程序主动）
• 中断：硬件事件触发（键盘输入、磁盘 I/O 完成）
• 异常：程序错误（除零、越界）