2025年計(jì)算機(jī)四級(jí)試題附答案詳解_第1頁(yè)
2025年計(jì)算機(jī)四級(jí)試題附答案詳解_第2頁(yè)
2025年計(jì)算機(jī)四級(jí)試題附答案詳解_第3頁(yè)
2025年計(jì)算機(jī)四級(jí)試題附答案詳解_第4頁(yè)
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2025年計(jì)算機(jī)四級(jí)試題附答案詳解一、操作系統(tǒng)原理(共30分)題目1(15分)某多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用可變分區(qū)存儲(chǔ)管理,內(nèi)存分配采用最佳適應(yīng)算法(BestFit)。初始內(nèi)存空間為640KB,低地址向高地址分配。進(jìn)程A申請(qǐng)150KB,進(jìn)程B申請(qǐng)200KB,進(jìn)程C申請(qǐng)100KB,進(jìn)程B釋放200KB,進(jìn)程D申請(qǐng)180KB,進(jìn)程A釋放150KB。(1)畫出每一步內(nèi)存分配后的內(nèi)存分區(qū)狀態(tài)圖(用地址范圍表示空閑區(qū)和已分配區(qū))。(2)若系統(tǒng)將空閑分區(qū)按起始地址排序,采用伙伴系統(tǒng)(BuddySystem)管理,初始內(nèi)存為640KB(2?),重新計(jì)算進(jìn)程D申請(qǐng)180KB時(shí)的分配過(guò)程,并說(shuō)明伙伴系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)。答案及詳解(1)各步驟內(nèi)存分區(qū)狀態(tài)如下:-初始狀態(tài):空閑區(qū)[0,639KB](640KB)。-進(jìn)程A申請(qǐng)150KB:分配[0,149KB],剩余空閑區(qū)[150,639KB](490KB)。-進(jìn)程B申請(qǐng)200KB:最佳適應(yīng)選擇最小足夠分區(qū)(490KB),分配[150,349KB](200KB),剩余空閑區(qū)[350,639KB](290KB)。-進(jìn)程C申請(qǐng)100KB:最佳適應(yīng)選擇290KB空閑區(qū),分配[350,449KB](100KB),剩余空閑區(qū)[450,639KB](190KB)。-進(jìn)程B釋放200KB:回收[150,349KB],與相鄰空閑區(qū)無(wú)合并(前為已分配區(qū)A,后為已分配區(qū)C),空閑區(qū)為[150,349KB](200KB)、[450,639KB](190KB)。-進(jìn)程D申請(qǐng)180KB:最佳適應(yīng)選擇最小足夠分區(qū)(200KB),分配[150,329KB](180KB),剩余空閑區(qū)[330,349KB](20KB)、[450,639KB](190KB)。-進(jìn)程A釋放150KB:回收[0,149KB],與前無(wú)相鄰空閑區(qū),后無(wú)相鄰(已分配區(qū)D的起始為150KB),空閑區(qū)為[0,149KB](150KB)、[330,349KB](20KB)、[450,639KB](190KB)。(2)伙伴系統(tǒng)分配過(guò)程(初始為640KB=2?):-進(jìn)程D申請(qǐng)180KB,需滿足2?≥180KB,最小n=8(2?=256KB)。-檢查是否存在256KB的空閑塊:初始為640KB(2?),需分裂:-640KB(2?)分裂為兩個(gè)320KB(2?)的伙伴塊([0,319KB]和[320,639KB])。-選擇其中一個(gè)320KB塊(如[0,319KB]),繼續(xù)分裂為兩個(gè)160KB(2?)的伙伴塊([0,159KB]和[160,319KB])。-160KB<180KB,需再次分裂其中一個(gè)160KB塊為兩個(gè)80KB(2?)的伙伴塊,但80KB仍不足。-回溯到320KB塊,發(fā)現(xiàn)320KB≥180KB,因此分配320KB塊([0,319KB])給進(jìn)程D?;锇橄到y(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn):-優(yōu)點(diǎn):分配/回收速度快(通過(guò)位圖或鏈表快速定位伙伴塊),減少外部碎片(僅產(chǎn)生內(nèi)部碎片),適合連續(xù)內(nèi)存分配。-缺點(diǎn):內(nèi)部碎片可能較大(如申請(qǐng)180KB需分配256KB塊,浪費(fèi)76KB),分裂/合并操作增加系統(tǒng)開銷。二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(共30分)題目2(15分)某TCP連接中,發(fā)送方的擁塞窗口(cwnd)初始為1MSS(最大報(bào)文段長(zhǎng)度=1KB),慢開始門限(ssthresh)初始為8KB。傳輸過(guò)程中發(fā)生以下事件:-第1輪(RTT1):發(fā)送1個(gè)報(bào)文段,成功接收確認(rèn)(無(wú)丟包)。-第2輪(RTT2):發(fā)送2個(gè)報(bào)文段,成功接收確認(rèn)。-第3輪(RTT3):發(fā)送4個(gè)報(bào)文段,其中1個(gè)丟失(超時(shí)重傳)。-第4輪(RTT4):重傳丟失的報(bào)文段,其余報(bào)文段成功接收。-第5輪(RTT5):發(fā)送新的報(bào)文段,無(wú)丟包。(1)計(jì)算每輪結(jié)束后cwnd和ssthresh的值(單位:KB)。(2)若第3輪丟失的報(bào)文段通過(guò)快速重傳(而非超時(shí))恢復(fù),說(shuō)明此時(shí)cwnd和ssthresh的調(diào)整方式,并解釋快速重傳與超時(shí)重傳的核心區(qū)別。答案及詳解(1)各輪次cwnd和ssthresh變化:-初始狀態(tài):cwnd=1KB,ssthresh=8KB。-RTT1結(jié)束:慢開始階段,cwnd翻倍→cwnd=2KB(未達(dá)ssthresh)。-RTT2結(jié)束:cwnd繼續(xù)翻倍→cwnd=4KB(未達(dá)ssthresh)。-RTT3結(jié)束:發(fā)送4個(gè)報(bào)文段(cwnd=4KB),發(fā)生超時(shí)。此時(shí):-ssthresh更新為當(dāng)前cwnd的一半(4KB/2=2KB)。-cwnd重置為1KB(慢開始階段重新開始)。-RTT4結(jié)束:重傳丟失報(bào)文段后,接收確認(rèn),cwnd翻倍→cwnd=2KB(此時(shí)cwnd=ssthresh=2KB,進(jìn)入擁塞避免階段)。-RTT5結(jié)束:擁塞避免階段,cwnd增加1MSS→cwnd=3KB(ssthresh仍為2KB)。(2)快速重傳場(chǎng)景:-若第3輪丟失的報(bào)文段觸發(fā)3個(gè)重復(fù)ACK(快速重傳條件),則:-ssthresh更新為當(dāng)前cwnd的一半(4KB/2=2KB)。-cwnd設(shè)置為ssthresh+3MSS(2KB+3×1KB=5KB),進(jìn)入快恢復(fù)階段。-重傳丟失的報(bào)文段后,若收到新ACK,cwnd線性增加(擁塞避免)。核心區(qū)別:-超時(shí)重傳:認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重,強(qiáng)制進(jìn)入慢開始(cwnd=1),ssthresh減半。-快速重傳:認(rèn)為丟包可能是偶然(如鏈路錯(cuò)誤),僅調(diào)整ssthresh并進(jìn)入快恢復(fù)(cwnd=ssthresh+3),減少對(duì)吞吐量的影響。三、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師(共40分)題目3(20分)某電商數(shù)據(jù)庫(kù)包含以下關(guān)系模式(帶下劃線的為主鍵):-商品表(商品ID,商品名稱,分類,庫(kù)存,單價(jià))-訂單表(訂單ID,用戶ID,下單時(shí)間,總金額,狀態(tài))-訂單明細(xì)表(訂單ID,商品ID,購(gòu)買數(shù)量,實(shí)付單價(jià))(1)用關(guān)系代數(shù)表達(dá):查詢2024年1月1日以后下單、狀態(tài)為“已支付”的訂單,及其對(duì)應(yīng)的商品名稱、購(gòu)買數(shù)量(要求保留訂單ID、商品名稱、購(gòu)買數(shù)量)。(2)編寫SQL語(yǔ)句:查詢每個(gè)分類下銷售額最高的商品(銷售額=購(gòu)買數(shù)量×實(shí)付單價(jià)),要求輸出分類、商品名稱、銷售額(若有并列,全部保留)。(3)若用戶反映“查詢某商品近30天的銷售記錄”速度很慢,分析可能的原因并提出優(yōu)化方案(至少3種)。答案及詳解(1)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式:π訂單ID,商品名稱,購(gòu)買數(shù)量(σ下單時(shí)間>'2024-01-01'∧狀態(tài)='已支付'(訂單表?訂單明細(xì)表)?商品表)步驟解釋:-首先將訂單表與訂單明細(xì)表通過(guò)訂單ID自然連接(?),得到包含商品ID的訂單信息。-再與商品表通過(guò)商品ID自然連接,獲取商品名稱。-選擇(σ)下單時(shí)間在2024-01-01之后且狀態(tài)為“已支付”的記錄。-投影(π)所需的訂單ID、商品名稱、購(gòu)買數(shù)量。(2)SQL語(yǔ)句:```sqlWITH分類銷售額AS(SELECT商品表.分類,商品表.商品名稱,SUM(訂單明細(xì)表.購(gòu)買數(shù)量訂單明細(xì)表.實(shí)付單價(jià))AS銷售額FROM商品表JOIN訂單明細(xì)表ON商品表.商品ID=訂單明細(xì)表.商品IDJOIN訂單表ON訂單明細(xì)表.訂單ID=訂單表.訂單IDWHERE訂單表.狀態(tài)='已支付'GROUPBY商品表.分類,商品表.商品名稱),分類最高銷售額AS(SELECT分類,MAX(銷售額)AS最高銷售額FROM分類銷售額GROUPBY分類)SELECT分類銷售額.分類,分類銷售額.商品名稱,分類銷售額.銷售額FROM分類銷售額JOIN分類最高銷售額ON分類銷售額.分類=分類最高銷售額.分類AND分類銷售額.銷售額=分類最高銷售額.最高銷售額;```關(guān)鍵點(diǎn):-使用CTE(公共表表達(dá)式)先計(jì)算每個(gè)商品在各分類下的總銷售額(分類銷售額)。-再計(jì)算每個(gè)分類的最高銷售額(分類最高銷售額)。-最后通過(guò)JOIN匹配銷售額等于最高銷售額的商品,保留并列情況。(3)查詢優(yōu)化分析:可能原因:-訂單明細(xì)表缺少針對(duì)商品ID和下單時(shí)間的索引,導(dǎo)致全表掃描。-訂單表與訂單明細(xì)表的連接字段(訂單ID)未建立索引,連接效率低。-數(shù)據(jù)量過(guò)大(如近30天銷售記錄達(dá)百萬(wàn)級(jí)),未做分區(qū)或分表。優(yōu)化方案:①索引優(yōu)化:在訂單明細(xì)表上創(chuàng)建復(fù)合索引(商品ID,下單時(shí)間),覆蓋查詢條件;在訂單表的訂單ID上建立主鍵索引(已存在),確保連接高效。②分區(qū)表:按時(shí)間對(duì)訂單明細(xì)表做范圍分區(qū)(如按月分區(qū)),查詢近30天時(shí)僅掃描最近1-2個(gè)分區(qū),減少IO。③物化視圖:預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)每個(gè)商品的近30天銷售記錄,定期刷新(如每天凌晨),查詢時(shí)直接讀取物化視圖。④查詢語(yǔ)句優(yōu)化:避免SELECT,僅選擇需要的字段;若無(wú)需實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),可添加緩存(如Redis)存儲(chǔ)熱門商品的銷售記錄。四、綜合應(yīng)用題(共20分)題目4(20分)某公司擬構(gòu)建分布式文件系統(tǒng)(DFS),要求支持PB級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高并發(fā)讀寫、故障自動(dòng)恢復(fù)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)并回答以下問(wèn)題:(1)畫出系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖(用文字描述關(guān)鍵組件)。(2)說(shuō)明元數(shù)據(jù)管理的策略(如存儲(chǔ)方式、備份機(jī)制)。(3)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)冗余方案(如副本數(shù)、分布策略),并分析單點(diǎn)故障的應(yīng)對(duì)措施。答案及詳解(1)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)(關(guān)鍵組件):-客戶端:提供文件讀寫接口,緩存最近訪問(wèn)的元數(shù)據(jù)(如文件路徑→塊位置映射)。-元數(shù)據(jù)服務(wù)器(MDS):管理文件元數(shù)據(jù)(文件名、目錄結(jié)構(gòu)、塊分布),采用主從復(fù)制(1主多從)保證高可用。-數(shù)據(jù)服務(wù)器(DS):存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊(如每個(gè)塊64MB),支持水平擴(kuò)展(通過(guò)一致性哈希分布到集群)。-監(jiān)控中心:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)MDS和DS的狀態(tài)(CPU、內(nèi)存、磁盤IO),觸發(fā)故障轉(zhuǎn)移或數(shù)據(jù)重構(gòu)。-日志服務(wù):記錄所有寫操作日志(WAL,預(yù)寫日志),用于數(shù)據(jù)恢復(fù)和一致性校驗(yàn)。(2)元數(shù)據(jù)管理策略:-存儲(chǔ)方式:使用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)(如RocksDB)存儲(chǔ)元數(shù)據(jù),支持快速查詢和更新;采用樹形結(jié)構(gòu)(目錄→子目錄→文件)組織,提升路徑查找效率。-備份機(jī)制:主MDS實(shí)時(shí)同步元數(shù)據(jù)到從MDS(通過(guò)Paxos或Raft協(xié)議);定期將元數(shù)據(jù)快照寫入分布式存儲(chǔ)(如HDFS),保留最近7天的快照。(3)數(shù)據(jù)冗余與故障應(yīng)對(duì):-副本數(shù):采用3副本策略(默認(rèn)),關(guān)鍵數(shù)據(jù)可配置5副本。-分布策略:副本跨機(jī)架分布(如副本1在機(jī)架A,副本2在機(jī)架B,副本3在機(jī)架C),避免單個(gè)機(jī)架故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。-單點(diǎn)故障應(yīng)對(duì):-MDS故障:監(jiān)控中心檢測(cè)到主MDS宕機(jī)后,自動(dòng)選舉從

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