（一）计算机基础

计算机基础

1、单核CPU如何执行多个程序

操作系统会为每个程序分配一个时间片，也就是一个很短的时间间隔，大概几十毫秒。单核CPU会轮流执行多个程序，在一个时间片内只执行一个程序，这个时间片用完就切换到下一个程序。这样用户感觉像是在同时执行多个程序，只不过它的切换是很快的。

2、CPU流水线设计

一条指令的执行需要经过 取指令、翻译指令、执行指令 三个基本流程，CPU内部电路也分为不同单元：取指单元、译码单元、执行单元，指令的执行按照流水线一步一步执行。

流水线设计将这些操作分为不同的阶段，每个阶段有专门的硬件单元负责，流水线的本质是以空间换时间，将每条指令的步骤拆分到不同的硬件单元上执行，从而使得多条指令并行执行。

如果将执行单元拆分成“ALU计算(指令执行) - 内存访问 - 数据写回”，那么它就变成一个五级的流水线。这样，在同一时刻，可以同时对5条不同指令的不同阶段进行处理，而非像传统模式那种，等待一件商品完全执行完毕，才执行下一个商品。

3、CPU绑定操作

单核CPU下，系统会为每个程序分配时间片，时间片用完，就切换到下一个程序

但现在CPU都是多核心的，在多CPU下，线程在多CPU下来回切换不利于cache的命中，虽然L3 Cache是多核心之间共享的，但L1和L2 Cache 是每个核心所独有的，如果一个线程在不同核心之间来回切换，势必会对每个核心的缓存命中率带来影响，相反，如果都在一个核心上执行，那么L1 和 L2 的缓存命中率可以得到有效提高，进而减少对内存的访问。

做法是：将线程绑定在某一个CPU核心上

实现：LInux上提供了sched_setaffinity方法，实现将线程绑定到某个CPU核心上

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>

int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_t *mask);

4、前缀树

1. 前缀树的定义

前缀树（Trie Tree），也称为 字典树、单词查找树 或 键树，是一种树形数据结构。它的核心思想是利用字符串的 公共前缀 来减少查询时间，最大限度地减少无谓的字符串比较，从而提高查询效率。

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2. 前缀树的特点

1. 根节点不包含字符：除根节点外，每个节点都包含一个字符。
2. 路径表示字符串：从根节点到某一节点的路径上经过的字符连接起来，即为该节点对应的字符串。
3. 子节点字符唯一：每个节点的所有子节点包含的字符都不相同。
4. 高效查询：利用字符串的公共前缀，减少重复比较。

4. 前缀树的操作

插入

1. 从根节点开始，逐个字符插入。
2. 如果字符对应的子节点存在，则移动到该子节点。
3. 如果字符对应的子节点不存在，则创建新节点并插入。
4. 重复上述过程，直到插入完整个字符串。

查找

1. 从根节点开始，逐个字符查找。
2. 如果字符对应的子节点存在，则移动到该子节点。
3. 如果字符对应的子节点不存在，则说明字符串不存在。
4. 重复上述过程，直到查找完整个字符串。

删除

1. 从根节点开始，逐个字符查找。
2. 找到字符串的最后一个字符节点后，删除该节点。
3. 如果删除后父节点没有其他子节点，则继续删除父节点，直到遇到有多个子节点的节点。

6. 前缀树的优缺点

优点

• 高效查询：利用公共前缀减少比较次数，查询时间复杂度为 O(m)，其中 m 为字符串长度。
• 空间优化：共享公共前缀，节省存储空间。

缺点

• 空间消耗：如果字符串集合中没有太多公共前缀，前缀树可能会占用较多空间。
• 实现复杂：相比哈希表等数据结构，前缀树的实现较为复杂。

5、LRU | LFU 的缺点

LRU缺点：

1）冷数据效应：某个冷数据被意外访问一次，它就可能被标记为“最近使用”

2）对周期性数据访问不友好

3）复杂度较高

LFU缺点：

1）数据老化问题：某些历史数据被长期保留，（家底厚，吃老本）

2）复杂度较高