C/C++ 面试复习笔记（5）

1.用户态和内核态切换的开销来自哪里？如何减少这种开销？

主要开销：

上下文保存与恢复：需保存/恢复寄存器、堆栈等状态（约数百CPU周期）。

CPU 模式切换：从用户态到内核态的权限检查及模式切换。

缓存失效：TLB（页表缓存）和CPU数据缓存可能因内核代码执行而失效。

内核代码执行：内核处理系统调用的逻辑耗时（如文件I/O、网络协议栈）。

优化方法：

批量处理：合并多次系统调用为单次（如readv/writev矢量I/O）。

零拷贝技术：减少数据在内核与用户态间的拷贝（如sendfile()）。

用户态驱动：绕过内核直接操作硬件（如DPDK网络包处理）。

异步I/O：使用epoll或io_uring减少阻塞等待。

2.硬链接（Hard Link）和软链接（Symbolic Link）的区别是什么？

3.如何查找系统中所有大于100MB的日志文件（.log）并删除？

find / -type f -name "*.log" -size +100M -exec rm {} \;

解释：

/ ：从根目录开始搜索

-type f ：仅搜索文件

-size +100M ：大小超过 100MB

-exec rm {} \; ：对匹配文件执行 rm命令

4.i节点（Inode）中存储了哪些关键信息？为什么i节点不包含文件名？

i 节点存储的关键信息：

文件类型（普通文件、目录、符号链接等）。

文件权限（读、写、执行权限）。

文件所有者（UID）和所属组（GID）。

文件大小（字节数）。

时间戳（创建时间、最后访问时间、最后修改时间）。

指向数据块的指针（直接指针、间接指针等）。

硬链接计数（引用该i节点的目录项数量）。

不包含文件名：文件名存储在目录项（Dentry）中，而非i节点。

这种设计允许多个文件名 （硬链接）指向同一个i节点，实现文件共享。

5.文件表项（File Table Entry）和 V 节点（Vnode）分别存储什么信息？它们的核心区别是什么？

6.什么是文件空洞（File Hole）？它的主要特征是什么？文件空洞在哪些实际场景中被广泛应用？举例说明。

定义： 文件空洞是文件中未被显式写入数据的区域，逻辑上存在（文件大小包含这部分），但物理上不占用磁盘空间。

特征：

逻辑大小 > 物理大小：通过ls -l显示的文件大小大于du命令显示的磁盘占用。

读取时返回零：访问空洞区域时，系统返回零值字节（但实际未存储）。

节省磁盘空间：文件系统仅分配实际写入数据的块，跳过空洞。

实际场景：

虚拟机磁盘映像： 虚拟机（如QEMU的qcow2格式）使用空洞表示未分配空间，避免占用宿主机实际存储。

数据库预分配文件： 数据库（如MySQL）预分配大文件用于存储数据，初期仅使用部分空间，其余为空洞。

日志文件滚动： 应用预先创建大日志文件，逐步写入数据，避免频繁扩容操作。

科学计算数据存储： 存储稀疏矩阵或大量默认值的数据集时，通过空洞节省空间。