13 期末题型速查

选择题

IEEE 754：

• 非规格化数用于逐步下溢。
• 单精度 Bias = 127，双精度 Bias = 1023。
• 阶码全 0 是非规格化或 0，不是普通规格化指数。
• 阶码全 1 且 frac 全 0 是 Inf，frac 非 0 是 NaN。
• 浮点数不均匀分布，越远离 0 间距越大。
• 浮点加法不满足结合律。

流水线：

• 数据冒险 RAW 可用转发缓解，但 load-use 可能仍需 stall。
• 分支预测解决控制冒险，不解决数据冒险。
• 加深流水线不能消除冒险。

链接：

• 多个强符号同名错误。
• 强符号优先于弱符号。
• 函数和初始化全局变量通常强；未初始化全局变量通常弱。
• 静态库代码复制进可执行文件；动态库运行时加载/映射。
• 共享库需要 PIC 以便映射到不同地址并共享代码页。

Cache：

• 组数 $S=C/(E\times B)$。
• index 位 $s={\log }_{2}S$，offset 位 $b={\log }_{2}B$。
• 写回：脏块替换时才写回主存。
• MESI 解决多核私有 Cache 副本一致性问题。
• 按行访问 C 二维数组空间局部性好，按列访问差。

虚拟内存：

• TLB 缓存页表项。
• TLB miss 不一定 page fault。
• page fault 可恢复，也可能因权限错误导致进程终止。
• 页表大小与虚拟页数量和 PTE 大小有关。
• 逆向页表空间与物理页数相关。

信号：

• 同类型 pending 信号不排队。
• 当前正在处理某信号时，内核默认阻塞同类型信号。
• sigprocmask 可阻塞/解除阻塞信号，不是删除 pending 信号。
• handler 中不要调用 printf。

网络：

• TCP 是可靠有序字节流，不保留应用层消息边界。
• 服务器 bind 后调用 listen。
• accept 返回已连接描述符。
• HTTP/1.1 默认持久连接，需要明确消息边界。

填空题

问法	答案
x86-64 返回值寄存器	%rax
x86-64 栈指针	%rsp
前 6 个整数参数	%rdi,%rsi,%rdx,%rcx,%r8,%r9
32 位虚拟地址空间大小	$2^{32}$ 字节 = 4GB
4KB 页偏移位数	12 位
8KB 页偏移位数	13 位
rwxr-x--x 权限码	751
动态内存分配函数	malloc/calloc/realloc
释放堆内存	free
HTTP 发送数据常用方法	POST
服务器进入被动监听	listen
文件描述符 0/1/2	stdin/stdout/stderr

浮点题

最大规格化正数：

给定位数：1 符号位，$e$ 阶码位，$f$ 尾数位。

$$Bias=2^{e-1}-1$$$$E_{max}=(2^e-2)-Bias$$$$M_{max}=2-2^{-f}$$$$V_{max}=(2-2^{-f})2^{E_{max}}$$

十进制转浮点：

1. 转二进制。
2. 规格化为 $1.xx{x}_2\times 2^E$。
3. sign 看正负。
4. exponent = $E+Bias$。
5. fraction 取小数点后 $f$ 位，必要时舍入。

Cache 题

先写参数表：

C = 总容量
E = 相联度
B = 块大小
m = 地址位数
S = C / (E * B)
s = log2(S)
b = log2(B)
t = m - s - b

地址拆分：

tag = addr >> (s + b)
index = (addr >> b) & ((1 << s) - 1)
offset = addr & ((1 << b) - 1)

模拟表格：

Step	Addr	Tag	Index	Hit/Miss	Eviction	组内状态

LRU 每次访问后更新时间，替换同组最老的行。

直接映射命中率例：

Cache 256B，块 16B，直接映射。访问 0,16,32,48,64,80,0,16。

$$S=256/16=16$$

前 6 次装入不同块，均 miss；第 7 次 0 命中，第 8 次 16 命中。命中率：

$$\frac{2}{8}=25\mathrm{\%}$$

多级页表题

页大小 $P$：

$$p={\log }_{2}P$$

每页 PTE 数：

$$N_{PTE/page}=\frac{P}{PTEsize}$$

每级索引位：

$$i={\log }_2{N}_{PTE/page}$$

$k$ 级页表最大覆盖 VA 位数：

$$n=k\times i+p$$

单级页表大小：

$$2^{VAbits-p}\times PTEsize$$

汇编反推 C

步骤：

1. 识别参数寄存器。
2. 找 base case：cmp/test 后直接 ret。
3. 找递归调用前参数变化。
4. 找递归返回后如何组合 %rax。
5. 说明 callee-saved 寄存器为何 push/pop。

常见阶乘：

testq %rdi, %rdi
jle .L3
pushq %rbx
movq %rdi, %rbx
subq $1, %rdi
call func
imulq %rbx, %rax
popq %rbx
ret
.L3:
movl $1, %eax
ret

对应：

long func(long n) {
    if (n <= 0) {
        return 1;
    }
    return n * func(n - 1);
}

fork 输出

规则：

• 每次无条件 fork() 使当前进程数翻倍。
• if (fork() == 0) 中，子进程进 if，父进程不进 if。
• if (fork()) 中，父进程进 if，子进程不进 if。
• 所有到达 printf 的进程都会输出。

例：

fork();
fork();
printf("hello\n");

输出 4 行。

信号竞争题

问题描述：

• 主程序和 signal handler 并发访问共享状态。
• 信号可能在关键区中间到达。
• 造成丢失更新、重复删除、僵尸或 job list 不一致。

sigprocmask 修复：

sigset_t mask, prev;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGCHLD);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &prev);

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev, NULL);
    execve(path, argv, envp);
    _exit(1);
}
addjob(pid);
sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev, NULL);

sigsuspend 修复等待竞态：

sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &prev);
while (!flag) {
    sigsuspend(&prev);
}
sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev, NULL);

答题关键词：原子地解除阻塞并睡眠，避免检查条件和进入睡眠之间丢信号。

链接题

静态库 vs 动态库：

• 静态库：链接时复制所需目标模块进可执行文件；运行不依赖库文件；更新库需重新链接。
• 动态库：运行时由加载器映射共享库；多个进程共享代码页；更新库可能无需重编译但有 ABI 风险。

PIC：

• 位置无关代码。
• 使用相对寻址和 GOT/PLT。
• 让共享库可映射到不同虚拟地址，减少代码段重定位，保持代码页可共享。

网络代码题

服务器基本顺序：

socket -> bind -> listen -> accept -> read/write -> close(connfd)

客户端基本顺序：

socket -> connect -> read/write -> close

解释关键函数：

• socket 创建通信端点。
• bind 绑定本地地址和端口。
• listen 进入被动监听。
• accept 接受连接并返回已连接 fd。
• connect 主动建立连接。
• read/write 在 socket 上收发字节流。

扩展题

RAID：

• RAID 0：条带化，提高吞吐，无冗余，任一盘坏可能丢数据。
• RAID 1：镜像，利用率 50%，可靠性高。
• RAID 5：分布式奇偶校验，通常允许一块盘损坏。
• RAID 10：先镜像再条带化，结合可靠性和性能。

死锁四必要条件：

• 互斥。
• 请求并保持。
• 不剥夺。
• 循环等待。

生产者消费者信号量：

sem empty = N
sem full = 0
sem mutex = 1

producer:
    P(empty)
    P(mutex)
    put item
    V(mutex)
    V(full)

consumer:
    P(full)
    P(mutex)
    get item
    V(mutex)
    V(empty)

协程：

• 通常用户态实现。
• 切换不需要内核参与。
• 单个协程本身不等于并行；并行需要多个线程/CPU 配合。

线程：

• 进程是资源分配基本单位。
• 线程是 CPU 调度基本单位。
• 同进程线程共享地址空间，修改共享变量要同步。