操作系统与网络技术问答全解析

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1、写一篇关于近期计算机杂志或学术期刊上一篇操作系统主题文章的一页书评。总结文章内容，包括主要主题、你对所呈现信息的总结以及作者的结论。给出你对文章的个人评价，包括让你感兴趣（或不感兴趣）的主题以及它与你自身经历的相关性。务必注明你的参考来源。

完成该书评可按以下步骤进行：

选取一篇近期计算机杂志或学术期刊中关于操作系统的文章。

总结文章，明确主要主题，概括文章信息，提炼作者结论。

进行个人评价，指出感兴趣或不感兴趣的主题，说明与自身经历的相关性。

注明文章来源。

2、1965年，戈登·摩尔预测了每颗芯片中晶体管数量的急剧增加，他的预测几十年来一直成立。一些行业分析师坚称，摩尔定律是芯片设计的预测器，但另一些人则认为它是新芯片设计师的动力。在你看来，谁是正确的？请解释你的答案。

两种观点都有一定的合理性。

摩尔定律准确描述了芯片性能提升的趋势，为行业发展提供了方向，让企业能对未来芯片技术发展有预期，提前规划研发和生产。

它也给芯片设计师设定了目标和挑战，激励他们不断创新和突破技术瓶颈，以实现芯片性能的提升。

所以，摩尔定律既是芯片设计的预测器，也是新芯片设计师的动力。

3、请给出一个可能需要实时操作系统的情况示例，并详细解释你为什么认为会是这种情况。

例如机场交通控制系统需要实时操作系统。在机场交通控制中，可靠性和截止时间至关重要。

飞机的起降调度需要系统在极短时间内做出准确响应，若系统响应时间无法满足截止时间，可能会导致飞机碰撞等严重后果。

并且，实时操作系统还需提供应急措施，在系统故障时尽可能保留系统的功能和数据，以方便恢复。

4、请说出你认为普通用户需要了解和掌握的关于操作系统的五个关键概念。

主内存管理、处理器管理、设备管理、文件管理、网络管理

5、列举典型计算机系统上能找到的三种有形的物理资源。

内存芯片、中央处理器（CPU）、输入/输出设备

6、从以下职业中选两个：保险理赔员、快递员、报纸记者、全科医生、超市经理。分别给出每人使用移动电脑提高工作效率的至少两种方式。

职业应用场景

保险理赔员

使用移动电脑快速访问保险数据库，查询客户保单信息和理赔记录，加快理赔流程。

在事故现场用移动电脑拍摄照片、记录情况，并实时上传至公司系统，方便后续处理。

快递员

通过移动电脑接收配送任务和路线规划，优化配送路径，提高配送效率。

利用移动电脑扫描快递单号进行实时更新，让客户及时了解物流信息。

7、请举例说明多线程在哪些应用场景中比单线程性能更优。

以Web服务器为例，当它接收到图像或页面请求时，会用不同的线程处理每个请求。例如，接收所有请求的进程可能有一个线程负责接受请求，并为每个接收到的请求创建一个新的独立线程。新线程获取所需信息并将其发送出去，以此提高性能和交互性。

8、文件可以使用定长字段或变长字段进行格式化。在你看来，将这两种格式结合起来存储在单个磁盘上是否可行？请说明理由。

结合两种格式存储在单个磁盘上是可行的。

定长记录

便于直接访问，可用于需要快速定位和访问特定记录的场景，例如数据库中索引文件的存储。

变长记录

不会浪费存储空间，也不会截断数据，适合存储长度变化较大的数据，如文本文件。

在单个磁盘上，可以根据不同数据的特点和访问需求，分别采用定长和变长格式存储。例如：

对于一些关键的元数据采用定长格式。

而对于内容变化较大的业务数据采用变长格式。

这样可以充分发挥两种格式的优势，提高磁盘空间的利用率和数据访问效率。

9、在你看来，文件释放（文件去分配）是否重要？请解释你的答案，并描述如果这项服务不再可用，你认为你自己的系统能正常运行多久。讨论其后果以及用户可能有的替代方案。

文件释放的重要性

文件释放很重要。它能重新分配不再被其他作业使用的内存，也对设备、网络访问等临时分配的系统资源的重新分配至关重要。

若该服务不再可用，系统随着时间推移，会因内存无法释放而导致可用内存越来越少，性能逐渐下降。短期内系统可能还能运行，但随着文件不断创建和占用内存，系统可能很快就会出现卡顿、响应缓慢甚至崩溃的情况。

后果

系统性能严重下降

无法正常运行新程序

用户可能的替代方案

手动删除不再使用的文件来释放空间

– 这需要用户手动识别和操作。

重启系统

– 重启后系统会重新初始化内存分配，但这只是暂时缓解问题，不能从根本上解决文件释放服务缺失的问题。

10、一些操作系统同时支持菜单和命令行界面。你认为在菜单驱动系统和命令驱动系统中，文件检索是否不同？解释你的答案并描述两者之间的任何差异。举例说明何时你认为其中一种会比另一种更受青睐。

在菜单驱动系统和命令驱动系统中，文件检索本质相同，但操作方式有差异。

菜单驱动系统

在菜单驱动系统里，用户通过鼠标点击菜单选项来发起文件检索请求，操作直观简单，适合普通用户。

例如

：在Windows系统中，用户可以通过“开始”菜单找到文件资源管理器，然后通过层层文件夹的点击来查找文件。

命令驱动系统

在命令驱动系统中，用户需要在命令行界面输入特定命令来检索文件，操作相对复杂，要求用户熟悉命令语法，但对于熟练用户来说，能更高效地完成复杂任务。

例如

：在UNIX或Linux系统中，用户可以使用

ls
命令列出目录内容，用

grep
命令在文件中查找特定字符串。

适用场景对比

菜单驱动系统

：当用户是新手或者只是进行简单的文件检索时，更受青睐，因其操作简单易懂。

命令驱动系统

：当用户是专业人士，需要进行复杂的文件检索和批量操作时，更合适，因其功能强大且效率高。

11、用你自己的话描述哈希算法和键字段之间的关系。你认为修改键字段中的数据可能会产生哪些后果？

哈希算法和键字段的关系是，哈希算法利用键字段（如客户编号）中的数据生成逻辑地址。当不同记录的键字段数据经哈希算法处理后生成相同逻辑地址时，就会发生冲突。

修改键字段数据可能产生的后果包括：

可能改变生成的逻辑地址，导致记录存储位置变化，影响数据检索；

可能引发新的冲突，使更多记录需要存储到溢出区域，降低文件检索效率；

若文件已满或溢出区域过大，可能需要文件管理器介入进行文件重组和重写。

12、设备独立性对文件管理器是否重要？为什么？描述如果不是这样会产生的后果。

设备独立性对文件管理器很重要。文件管理器的策略需让系统和用户能通过独立于设备细节的命令简单地访问文件。

若没有设备独立性，用户访问文件时需考虑设备的具体细节，操作会变得复杂：

文件管理的灵活性和便捷性会降低

影响用户对文件的正常使用和管理

13、解释为什么支持对变长记录文件进行直接访问很困难。如果需要直接访问，建议一种处理此类文件的方法。

支持对变长记录文件进行直接访问困难，是因为不容易精确计算出每条记录的位置。若需要直接访问，可将记录格式、分块方式及其他相关信息存于

文件描述符

中，同时可以建立

索引表

，记录每条变长记录的起始位置和长度，根据索引表来实现直接访问。

14、用你自己的话描述工作目录的用途，以及它如何加快或减慢文件访问速度。你认为是否应该有多个工作目录？请解释。

工作目录的用途与重要性

工作目录的用途是为文件操作提供一个相对固定的起始点，方便用户和系统定位文件。它能加快文件访问速度，因为当用户频繁操作同一目录下的文件时，无需每次都指定完整路径，系统可直接在工作目录中查找文件，减少搜索范围与时间。

若工作目录混乱、文件分布零散或文件存储不连续，会减慢文件访问速度。

多个工作目录的必要性

应该有多个工作目录。不同的项目或任务通常有各自独立的文件集合，使用多个工作目录可将这些文件分类管理，提高文件的组织性与可维护性。

对于多用户系统，不同用户有不同的工作内容和文件需求，多个工作目录能满足不同用户的个性化需求，避免文件冲突。

15、以下是一种访问验证技术，列出了多个文件以及单个用户被允许的访问权限。请确定此处使用的控制技术，并分别解释每个文件允许的访问类型。 a. 文件_1 R – ED b. 文件_12 RWE – c. 文件_13 RW – D d. 文件_14 –E –

使用的控制技术为

访问控制矩阵

。各文件允许的访问类型：

a.

文件_1

：允许读取（R）、执行（E）和删除（D）操作；

b.

文件_12

：允许读取（R）、写入（W）和执行（E）操作；

c.

文件_13

：允许读取（R）、写入（W）和删除（D）操作；

d.

文件_14

：只允许执行（E）操作。

16、以下是一种访问验证技术，列出了几个用户对文件 File_13 的允许访问权限。对于 a 到 d，确定此处使用的控制技术。对于每个用户，解释允许的访问类型。最后，描述 WORLD 类别中包含哪些用户。a. 用户 User_10：R – E – ；b. 用户 User_14：R – ED；c. 用户 User_17：RWE – ；d. 全体用户（WORLD）：R—


使用的控制技术为访问控制列表。

允许的访问类型：
a. 用户 User_10 允许读取和执行；  
b. 用户 User_14 允许读取、执行和删除；  
c. 用户 User_17 允许读取、写入和执行；  
d. 全体用户（WORLD）允许读取。

WORLD 类别包含系统中不属于系统人员、文件所有者和所有者指定组的其他所有用户。

17、以下访问控制矩阵列出了三个用户（用户10、用户17、全局用户）对四个文件（文件1、文件12、文件13、文件14）的访问权限。权限分别为读、写、执行、删除，对于每个用户对每个文件的权限，用0和1表示每个权限的访问结果代码（有该权限为1，无该权限为0）。用户10对文件1的权限为读、执行；用户17对文件1的权限为执行；全局用户对文件1的权限为读；用户10对文件12的权限为读；用户17对文件12的权限为读、写、执行、删除；全局用户对文件12无权限；用户10对文件13的权限为读、写、执行、删除；用户17对文件13的权限为读、写、执行；全局用户对文件13无权限；用户10对文件14的权限为读、写、执行、删除；用户17对文件14的权限为执行；全局用户对文件14的权限为读。


# 文件数据

## 文件1
- 用户10：1010
- 用户17：0010
- 全局用户：1000

## 文件12
- 用户10：1000
- 用户17：1111
- 全局用户：0000

## 文件13
- 用户10：1111
- 用户17：1110
- 全局用户：0000

## 文件14
- 用户10：1111
- 用户17：0010
- 全局用户：1000

18、设计一种方法来压缩以下姓氏列表。描述你的方法并展示压缩后的列表。解释使你的技术成为无损（而非有损）的特性。姓氏列表：McConnell, Kathleen；McDavid, Patricia；McDavid, Peter；McDonald, Marie；McDonald, Maryanne；McDonnell, Melvin


方法：
采用前端压缩方法，列表中第一个数据元素不压缩，后续每个条目取与前一个条目相同的字符数量（用整数表示），再加上使其唯一的字符。

压缩列表：
- McConnell, Kathleen
- 3David, Patricia
- 0Peter
- 3Donald, Marie
- 0Maryanne
- 3Donnell, Melvin

无损特性：
该技术在压缩过程中没有删除任何原始数据，只是通过记录与前一条目的公共字符和唯一字符来实现压缩，系统可以根据规则完全还原出原始的姓氏列表，所以是无损压缩。

19、设计一种方法来压缩并存储全球旅游数据库中的以下城市/城镇名称列表：里约布兰科、罗利、罗切斯特、拉文纳、罗马、里约热内卢。先将名称按字母顺序排列可能会有帮助。描述你的方法并展示压缩后的列表。解释你的压缩方法是无损压缩还是有损压缩，以及你这样判断的原因。


首先将城市名称按字母顺序排列：Raleigh, Ravenna, Rio Branco, Rio de Janeiro, Rochester, Rome。

采用前端压缩方法，第一个元素不压缩，后续元素取与前一个元素相同的字符数量并用整数表示，再加上使其唯一的字符。压缩后的列表如下：

- Raleigh
- 3enna
- 3 Branco
- 3 de Janeiro
- 3ester
- 2me

此压缩方法为无损压缩，因为在压缩和解压缩过程中所有原始数据都得以保留，可完全恢复出原始的城市名称列表。

20、如果你要为一个高度安全的环境设计文件访问控制系统，并且可以在设置多个访问类别和少数访问类别之间进行选择，你会选择哪一种，为什么？

访问类别设置的重要性

应选择建立多个访问类别。在高度安全的环境中，需要对文件访问进行精细控制，以确保只有授权人员在特定条件下才能访问特定文件。

多个访问类别的优势

：

提供更细致的权限划分。

可根据不同用户角色、职责和安全需求，精确分配对不同文件的访问权限。

更好地保护敏感信息，降低数据泄露和滥用的风险。

少数访问类别的不足

：

过于宽泛，难以满足高度安全环境下对文件访问的严格管控要求。

21、从文件管理器的角度来看，何时对二级存储进行整理是有益的？至少给出两个例子。列出整理可能导致的一些问题，并解释如何避免这些问题。

当文件非连续存储，各部分位于磁盘组中相隔较远的柱面，顺序访问所有记录耗时较长时，对文件进行整理（碎片整理）有益，可使文件各部分彼此靠近；

当出现存储碎片化（未使用的小块存储空间）时，整理也有益。

问题：

碎片整理会占用CPU时间；

且在进行时文件对用户不可用。

避免方法：

可选择在系统空闲时段进行碎片整理，减少对用户使用文件的影响。

22、描述文件管理器如何为单个用户分配文件。列出你认为会遵循的步骤并解释你的推理。

文件管理器为单个用户分配文件时的步骤

文件管理器为单个用户分配文件时，会执行以下步骤：

激活适当的二级存储设备

计算机系统需要激活对应的二级存储设备，以便从该设备中获取文件。

将文件加载到内存中

在激活存储设备后，文件管理器会把文件加载到内存里，这样用户就能在内存中对文件进行操作。

更新文件使用记录

在文件加载到内存后，文件管理器会更新记录，明确是哪个用户正在使用该文件，以便对文件的使用情况进行跟踪和管理。

23、索引顺序文件因其多功能性被广泛应用于商业应用中。然而，随着记录添加到文件中，数据块被填满，这些记录必须存储在溢出区。这对性能有何影响？

当太多记录添加到最后手段溢出区时，检索过程会变慢，因为搜索记录时要从索引到主数据区，最终还要到溢出区。当检索时间变得过慢时，文件必须进行重组。

24、描述网络的主要功能。

当计算机资源通过数据通信组件连接在一起时，它们形成一个网络来支持组织的多种功能。网络为信息社会的成员提供了一个基本的基础设施，用于相互处理、操作和分发数据与信息。

此外，所有网络系统的一个共同目标是在控制用户对资源访问的同时，提供一种方便的方式来共享资源，这些资源包括：

硬件

（如 CPU、内存、打印机、USB 端口和磁盘驱动器）

软件

（如应用程序和数据文件）

25、如果你要在家里搭建一个简单的网络来连接新设备，你会选择哪种网络拓扑结构？请解释原因。

可以选择星型拓扑结构

。

原因如下：

成本相对较低

，便于家庭预算。

通讯成本方面

，数据通过中央控制器传输，能实现较快的设备间通讯。

可靠性上

，若某个设备或连接出现故障，通常不会影响其他设备正常通讯。

家庭环境中设备数量一般有限

，星型拓扑易于连接和管理，适合家庭用户操作。

26、解释星型拓扑结构的主要优点和缺点。

优点：

星型拓扑结构便于路由，因为中央站点知晓通往所有其他站点的路径

由于存在中央控制点，能轻松控制对网络的访问，并可给选定站点赋予优先状态

缺点：

这种集中控制要求中央站点极其可靠

且无论网络流量多大，都要能够处理所有流量

27、描述具有星型拓扑结构的网络如何被操纵以表现得像使用环形拓扑结构。

一个以星型结构布线的网络，可以在逻辑上被安排得像环形网络一样运行。即，即使其电缆呈星型拓扑排列，也能以类似环形的方式操纵令牌。

28、说出三种冲突解决方法并简要比较它们。

冲突解决方法

三种冲突解决方法分别是轮询法、预留法和竞争法。

轮询法

在许多节点长时间传输时效率高。

但节点少且长时间传输时，节点间传递轮次的开销大。

预留法

适用于长时间连续的流量。

类似同步时分复用。

竞争法

适用于短时间间歇性的流量。

在轻到中等负载下表现良好，且易于实现。

在重负载下性能会下降。

29、比较并对比数据报和虚电路。

数据报与虚电路的路径选择方法对比

数据报方式

特点

：

将数据包的目的地和序列号添加到唯一标识所属消息的信息中。

每个数据包独立处理，进入网络时选择路由。

在目的地按序列号重新组装成连续消息。

由接收节点请求重传丢失或损坏的数据包。

优点

：

可通过不太繁忙的路径发送数据包以减少拥塞。

在节点故障时可设置替代路径。

虚电路方式

特点

：

在传输开始前建立了从发送方到接收方的完整路径。

属于该消息的所有数据包使用相同路由。

不将目的地和数据包序列号添加到标识消息的信息中。

任何节点可以有多个到其他节点的虚电路。

优点

：

对于属于同一消息的所有数据包只做一次路由决策，有助于加快长消息的传输速度。

缺点

：

如果某个节点发生故障，使用该节点的所有虚电路将不可用。

在电路流量大时更难解决拥塞问题。

30、请给出两个分组交换比电路交换更受青睐的现实例子，并解释原因。

例子一：互联网数据传输。

互联网上数据流量大且来源广泛，分组交换可让多个用户共享线路，提高线路效率，适应不同速率设备间的数据传输，还能为不同优先级数据分配传输顺序。

例子二：文件共享。

文件共享时数据传输量大，分组交换可将文件分成多个数据包独立传输，即使部分路径拥堵或故障，也可通过其他路径传输，保证数据传输可靠性。

31、解释数据包路由的两种方式以及它们的区别。

数据包路由方式

数据包路由有两种方式：

数据报

和

虚电路

。

数据报方式

特点：

在数据包中添加目的地和序列号，用于标识所属消息及顺序。

每个数据包独立处理，进入网络时选择路由。

在目的地按序列号重新组装为连续消息。

接收节点负责请求重传丢失或损坏的数据包。

优点：

可通过较空闲路径发送数据包，减少拥塞。

节点故障时可设置替代路径，提高容错能力。

虚电路方式

特点：

传输前建立从发送者到接收者的完整路径。

所有属于该消息的数据包使用相同路由。

不添加目的地和数据包序列号。

优点：

对属于同一消息的所有数据包只需做一次路由决策，有利于长消息传输。

缺点：

节点故障时，使用该节点的所有虚电路将不可用。

电路拥塞时更难解决。

32、考虑 OSI 和 TCP/IP 协议模型，每个协议的哪一层直接与用户界面交互？

在 OSI 模型中是应用层（第 7 层），在 TCP/IP 模型中是进程/应用层（第 4 层）直接与用户界面交互。

33、比较两种最广泛使用的路由协议：路由信息协议（RIP）和开放最短路径优先协议（OSPF）。

路由选择协议比较

RIP (Routing Information Protocol)

路径选择依据

：基于源和目的地之间的中间节点（跳数）数量，总是选择跳数最少的路径。

优点

：易于实现。

不足

：

不考虑带宽、数据优先级或网络类型等重要因素，可能排除更快或更可靠的路径。

无论是否有变化，整个路由表每30秒更新并重新发布，增加互联网流量，影响消息传递。

表在路由器间传播，网络变化信息传播慢，且各路由器信息可能不同，任何一跳故障都会影响消息传输环境。

OSPF (Open Shortest Path First)

路径选择机制

：在确定网络状态后选择传输路径，若中间跳故障，会立即排除该路径直至恢复服务。

更新机制

：

仅在路由环境变化时发送更新消息，减少互联网消息数量。

不发送整个路由表以减小消息大小。

缺点

：

增加内存使用，因为比RIP跟踪更多信息。

计算最短路径（基于Dijkstra算法）需要更高的CPU使用率，抵消了带宽消耗的节省。

34、为以下每个网络环境确定最合适的网络拓扑结构并说明原因。a. 公寓楼 b. 公寓楼群 c. 城市会议中心

a. 公寓楼：星型拓扑结构最合适。

因为公寓楼内各房间（节点）相对集中，星型拓扑以中央控制器为核心，各房间设备连接到中央控制器，易于安装和维护，成本相对较低，且某一房间设备故障不影响其他房间通信。

b. 公寓楼群：树型拓扑结构较为合适。

树型拓扑是一种分层的层次结构，可将每栋公寓楼看作一个分支，通过上级节点连接起来，能适应较大规模的网络，便于管理和扩展，适合覆盖多个建筑的区域。

c. 城市会议中心：星型拓扑或混合拓扑（星型与其他拓扑结合）可能是最佳选择。

会议中心通常有大量设备需要连接，星型拓扑便于集中管理和控制，能快速处理大量数据传输。若会议中心有不同功能区域，可采用混合拓扑，根据各区域需求灵活组合不同拓扑结构，以满足多样化的通信需求。

35、讨论以下逻辑的错误之处：分组交换需要在每个分组中添加控制和地址位，这会在分组交换中造成相当大的开销。在电路交换中，会建立一条专用电路，不需要额外的位。a. 因此，电路交换没有开销。b. 因为电路交换没有开销，所以线路利用率一定比分组交换更高效。

这种逻辑存在错误。

首先，说电路交换没有开销是不对的。虽然电路交换不需要在传输数据时添加控制和地址位，但在建立和拆除专用电路的过程中，需要进行信令交互等操作，这会产生开销，例如在电话系统中建立通话连接就需要一定的控制信令。

其次，关于线路利用率：

电路交换在连接建立后，即使没有数据传输，该电路也被占用，不能被其他通信共享，导致线路可能长时间空闲。

分组交换中单个节点到节点的电路可以被多个分组共享，不会长时间闲置，所以分组交换的线路利用率通常比电路交换高。

36、描述载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）和载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）之间的区别。提供一个使用CSMA/CD的现实生活中的例子。提供一个使用CSMA/CA的现实生活中的例子。


CSMA/CD 是用于检测共享介质（如网络）上传输冲突的方法，要求受影响的站点立即停止传输，并在随机延迟一段时间后再次尝试。  
CSMA/CA 是用于避免共享介质上传输冲突的方法，通常通过要求获取令牌来防止冲突。  
现实中，以太网使用 CSMA/CD，无线局域网（WLAN）使用 CSMA/CA。