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关于分布式系统复习题与参考答案
一、 填空题(每题n分,答错 个扣 分,全错全扣，共计m分) 1．下面特征分别属于计算机网络和分布式计算机系统，请加以区别： 分布式计算机是指系统内部对用户是完全透明的；系统中的计算机即合作又自治；系统可以利用多种物理和逻辑资源，可以动态地给它们分配任务。 计算机网络是指互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”。 2．点到点通信子网的拓扑结构主要有以下几种：星型、环型、树型、网状型，请根据其特征填写相应结构。 网状型 ：结点之间的连接是任意的，没有规律。环型：节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。星型：节点通过点到点通信线路与中心结点相连；树型：结点按层次进行连接。 3．分布式计算系统可以分为两个子组，它们是集群计算系统和网格计算系统。 4．分布式事务处理具有4个特性，原子性：对外部来说，事务处理是不可见的；一致性：事务处理不会违反系统的不变性；独立性：并发的事务处理不会相互干扰；持久性：事务处理一旦提交，所发生的改变是永久性的。 5．网络协议有三要素组成，时序是对事件实现顺序的详细说明；语义是指需要发出何种控制信息，以及要完成的动作与作出的响应；语法是指用户数据与控制信息的结构与格式 6．根据组件和连接器的不同，分布式系统体系结构最重要的有4种，它们是：分层体系结构、基于对象的体系结构、以数据为中心的体系结构、基于事件的体系结构 7．在客户-服务器的体系结构中，应用分层通常分为3层，用户接口层、处理层和数据层。 8．有两种类型的分布式操作系统，多处理器操作系统和多计算机操作系统。 9．软件自适应的基本技术有3种，一是要点分离、二是计算映像、三是基于组件的设计。 10．DCE本身是由多个服务构成的，常用的有分布式文件系统、目录服务、安全服务以及分布式时间服务等。 11．TCP/IP体系结构的传输层上定义的两个传输协议为传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。 12．Windows NT的结构借用了层次模型和客户/服务器两种模型。 13．常用的进程调度算法有先来先服务、优先数法和轮转法 14．进程的三个基本状态是就绪、执行、等待(阻塞)。 15．进程是 程序 在一个数据集合上的 运行过程 ，是系统进行资源分配和调度的一个 独立单位 16．进程四个特征是 动态性， 并发性， 独立性 ，异步性。 17．操作系统通常可以分为以下几种类型：批处理系统、分时系统、 实时系统 、 网络操作系统 和分布式操作系统。 18．解决死锁的基本方法包括预防死锁， 避免死锁，死锁检测，死锁恢复。 19．在引进线程的操作系统中，调度和分派的基本单位是线程，拥有资源的单位是进程。 20．在面向流的通信中，为连续提供支持数据流的模式有异步传输模式、同步传输模式和等时传输模式三种。 21．在流同步机制，通常有在数据单元层次上进行显式同步和通过高级接口支持的同步两种。 22．在分布式系统中，挂载外部名称空间至少需要的信息是：访问协议的名称、服务器的名称和外部名称空间中挂载点的名称。 23．在名称空间的实现中，为了有效实现名称空间，通常把它划分为逻辑上的三层，其三层指的是全局层、行政层和管理层。 24．在名称解析的实现中，通常采用两种方法，一是迭代名称解析；二是递归名称解析。 25．在逻辑时钟算法中，Lamport定义了一个称作“先发生”的关系，表达式a"b表示a在b之前发生。先发生关系是一个传递关系。 26．分布式系统中，通常有4种互斥算法，一是集中式、二是非集中式、三是分布式、四是令牌环。 27．分布式系统中的选举算法有两种，一是欺负选举算法；二是环选举算法。 28．在以数据为中心的一致性模型中，顺序一致性是指“任何执行结果都是相同的，所有进程对数据存储的读/写操作是按某种序列顺序执行的，并且每个进程的操作按照程序所制定的顺序出现在这个序列中”。 29．在因果一致性中，所有进程必须以相同的顺序看到具有潜在因果关系的写操作。不同机器可以以不同的顺序看到并发的写操作。 30．以客户为中心的一致性模型中，满足最终一致性的数据存储具有以下属性：没有更新操作时，所有副本逐渐成为相互完全相同的拷贝。 31．以客户为中心的一致性模型中，一个写操作总是在同一进程执行的后续读操作之前完成，而不管这个后续的读操作发生在什么位置。 32．在一致性协议中，基于主备份的协议比较盛行，它包括远程写协议和本地写协议两种。 33．在一致性协议中，复制的写协议包括主动复制和基于多数表决的一致性协议两种。 34．在容错性中，故障通常被分为暂时性故障、间歇性故障和持久性故障三大类型。 35．如果系统是容错的，使用冗余掩盖故障的方法有信息冗余、时间冗余和物理冗余三种。 36．在可靠的客户-服务器通信中，失败时的RPC系统中发生客户不能定位服务器、请求消息丢失、服务器崩溃、应答消息丢失和客护端崩溃等5种形式。 37．在原子多播里，消息排序通常有4种不同的排序方法，它们分别是：不排序的多播、FIFO顺序的多播、按因果关系排序多播和全序多播。 38．容错性的基本要求是从错误中恢复，本质上有两种形式的错误恢复，一是回退恢复；另一种是前向恢复。 39．在分布式安全性中，通常考虑计算机系统受到的安全威胁有窃听、中断、修改和伪造等四种。 40．安全策略准确地描述系统中的实体能够采取的行为以及禁止采取的行为。 41．安全机制包括加密、身份认证、授权和审计等四个部分。 42．分布式加密系统通常有三种类型，一是对称加密系统（DES）；二是公钥加密系统（RSA）、三是散列函数（MDS）系统。 43．身份认证是一种会话密钥，常用的身份认证有基于共享密钥的身份认证、使用密钥分发中心的身份认证、使用公钥加密的身份认证三种类型。 44．消息的完整性是指保护消息免受修改；其机密性确保窃听者不能截获和读取消息。 45．在安全通道中，为了使消息完整性和机密性。通常采用数字签名和会话密钥的加密算法实现安全通道的数据交换。 46．在安全组通信中，要确保机密性，机密组通信使用公钥加密系统可以解决；而安全的复制服务器组中共享一个保密签名的方法。 47．在访问控制中，要建立主体对对象的访问权限，其普通方法是构造一个访问控制矩阵，而访问控制列表（ACL）和权能列表来实现。 48．防火墙通常分为两种不同的类型，一种是数据包过滤网关；另一种是应用层的网关。 49．在分布式系统安全管理中，主要分密钥管理、安全组管理以及授权管理三大内容。 50．在容错性中，人们定义了一些不同类型的故障，主要的有崩溃性故障、遗漏性故障、定时性故障、响应性故障以及随意性故障等五大类。 二、选择题(每题n分，共m个题，共计x分) 1．网络体系结构可以定义为：( C ) A、一种计算机网络的实现 B、执行计算机数据处理的软件结构 C、建立和使用通信硬件和软件的一套规则和规范 D、由ISO制定的一个标准 2．在OSI参考模型中，数据链路层的数据服务单元是：（ C ） A、分组 B、报文 C、帧 D、比特序列 3．下面属于分布式计算系统的是（B C） A、资源管理 B、集群计算 C、网格计算 D、运行应用程序 4．目前分布式信息系统按集成可分为（A B） A、事务处理系统 B、企业应用集成 C、网络管理 D、资源分配系统 5．现在已认可的分布式系统软件体系结构样式有（ABCD） A、分层体系结构 B、基于对象的体系结构 C、以数据为中心的体系结构 D、基于事件的体系结构 6．两个旅行社甲和乙为旅客到某航空公司订飞机票，形成互斥的资源是( A )。 A. 飞机票 B．旅行社 C．航空公司 D．旅行社和航空公司 7．DNS属于（ A ）层协议。 A．应用层 B．传输层 C．互联网层 D．网络接口层 8．活动目录是一种（ AB ）结构的目录服务。 A．层次式 B．分布式 C．对等式 D．主次式 9．对于域名：test.com，DNS服务器查找顺序是（ B ）。 A．先查找test主机，再查找.com域 B．先查找.com域，再查找test主机 C．随机查找 D．以上答案皆是 10．SMTP协议是关于（ A ）的协议。 A．邮件传输 B．文件传输 C．超文本传输 D．网络新闻组传输 11．POP3协议是关于（ C ）的协议。 A．超文本传输 B．邮件传输 C．接收邮件 D．网络新闻组传输 12．远程客户端登录终端服务器必须提供一定的信息，下列有（AC）属于这种必要的信息。 A．用户名 B．域 C．服务器IP地址 D．连接名称 13．在多播通信中，应用层多播树的质量通常以（ABC）不同的尺度来度量。 A．链接树 B. 相对延时补偿 C. 树成本 D. 树结构 14．以多播流方式传递内容时只能采用（B）类型的发布点。 A．单播发布点 B．广播发布点 C．单播发布点或广播发布 D．既不是单播发布点也非广播发布点 15．DNS名称空间是分层组织的一棵有根树，标识符是有（ C ）。 A．字母组成 B. 数字组成 C. 字母和数字组成 D. 汉字组成 16．IDL编译器的输出包括的文件是（ ABD ）。 A．文件头 B. 客户存根 C. 守护程序 D. 服务器存根 17．下列属于流同步的是（C D）。 A．位同步 B. 字同步 C. 离散数据流与连续数据流之间同步 D．口型同步 18．实现线程包的基本方法有（AC）。 A．构造一个完全在用户模式下执行的线程库 B. 由进程间通信实现 C．由内核来管理线程并进行调度 D. 由用户程序来实现 19．下面是多线程服务器可行的设计方法是（ACD） A．多线程文件服务器 B. Web服务 C．单线称文件服务器 D. 作为有限状态机 20．与迭代名称解析比较，递归名称解析的优点是（B C）。 A．要求服务器性能高 B. 缓存结果更为有效 C．能减少通信开销 D. 算法简单 21．名称用来表示实体，下面属于实体名称的是（BCD） A．实体图 B. 标识符 C. 易于理解的名称 D. 实体地址 22．下面用于定位移动实体的方法是(ABCD) A．使用广播与多播 B. 使用转发指针 C．给实体指定一个起始位置 D. 创建一棵分层搜索树 23．分布式系统的全局状态是指( B D )。 A．用于计算的临时记录 B. 每个进程的本地状态 C．要发送的消息 D. 当前正在传输中的消息 24．面向消息的中间件模型一般提供（ACD）。 A．持久异步通信 B. RPC和RMI C．电子邮件 D. 工作流 25．在分布式系统中，实现事务的方法是（B C）。 A．创建进程 B. 为进程分配私有工作空间 C．做写前日志 D. 创建线程 26．并发控制的总体思想是（ A ）。 A．正确调度相冲突的操作 B. 对事务进行管理 C．进行数据的更新 D. 有序的通信 27．下面属于进程间同步算法的是（C D）。 A．FIFO算法 B. 基于优先级的算法 C．选举算法 D. 互斥算法 28．严格一致性中存在的问题是（A）。 A．依赖于绝对的全局时间 B. 不依赖于绝对的全局时间 C．依赖于并发控制算法 D. 不依赖于并发控制算法 29．下列属于“以数据为中心的一致性模型”是（ACD）。 A．线性化和顺序一致性 B. 最终一致性 C．因果一致性 D. FIFO一致性 30．下列属于“以客户为中心的一致性模型”是（BCD）。 A．严格一致性 B. 单调读一致性 C．写后读一致性 D. 读后写一致性 31．下面属于一致性协议的是（C D）。 A．传输协议 B. 中间件协议 C．基于主备份的协议 D. 复制的写协议 32．基于主备份的协议是指（A B） A．负责协调X上的远程写操作 B. 负责协调X上的本地写操作 C．主动复制 D. 协调操作 33．冗余是获得容错性所需的关键技术，下面属于冗余掩盖故障的是（BCD）。 A．存储器冗余 B. 信息冗余 C．时间冗余 D. 物理冗余
34．在可靠多播通信中，解决反馈拥塞的方法是（A B）。 A．无等级的反馈控制 B. 分等级的反馈控制 C．分层的反馈控制 D. 闭环反馈控制 35．实现可靠原子多播的方法是（B C）。 A．转发指针 B. 消息排序 C．虚拟同步 D. 指针缓存 36．在分布式系统安全设计问题中，控制的焦点是（ABC）。 A．防止无效操作的保护 B. 防止未经授权调用的保护 C．防止未经授权用户的保护 D. 安全机制的保护 37．在分布式系统中，加密和解密的实现是（D）。 A．递归算法 B. 安全管理 C．通道管理 D. 以密钥为参数的加密算法 38．分布式系统常用的加密系统有（ABC）。 A．对称加密系统（DES） B. 公钥加密系统（RSA） C．散列函数（MDS） D. 授权加密 39．在分布式系统安全通道的通信中，其安全性归结为（B C）。 A．授权访问 B. 对通信各方进行身份验证 C．确保消息完整性和机密性 D. 检验权限 40．在分布式安全访问控制中，实现访问控制的方式有（A BC）。 A．构造访问控制矩阵 B. 构造保护域 C．采用防火墙 D. 密钥管理
三．简答题（每小题n分，共m分） 1．按照资源共享的观念定义的计算机网络具备哪几个主要特征？ 答：三个主要特征：1.建立的目的是实现计算机资源的共享，包括数据资源\软件资源和硬件资源。2.互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的”自治计算机”。3.连网的计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。 2．为什么传输层通信服务常常不适于构建分布式应用程序？ 答：因为它不适合用于支持多层客户-服务器交互过程所使用的同步请求-应答方式，在可靠传输中，造成许多开销都耗费在连接的管理上。 3．描述一下客户和服务器之间使用套接字的无连接通信是如何进行的？ 答：首先服务器和客户端都要创建一个套接字，并遵循UDP协议，服务器将其所在的IP地址以及一个端口号绑定到套接字，完成绑定后，服务器就能接收来自客户端的UDP数据包了。同样，客户端在创建套接字后，能够向服务器发送UDP包进行通信，通信过程中，服务器和客户端之间是不用建立连接的。 4．简述TCP和UDP协议在通信中的区别 TCP是面向连接的可靠的协议，适用于传输大批量的文件，检查是否正常传输。而UDP是面向非连接的不可靠的协议，适用于传输一次性小批量的文件，不对传输数据报进行检查。 TCP需要先建立连接才能通话；而UDP不需要，实时性要高点。 TCP可以形象比喻为打电话的过程；UDP可以比喻为发短信的过程。 TCP不能发送广播和组播，只能单播；UDP可以广播和组播。 5．Java RMI对代码迁移依赖到何种程度？ 答：Java RMI时，每一个方法引用传递实际上就是执行一次代码的迁移，对于移植性差的进程来说，代码迁移是非常必要的。
6．标识符是否可以包含它所引用实体的信息？ 答：标识符可以包含它所引用实体的信息，但是，这些信息不允许修改，因为那意味着标识符被改变。 7．在深度为k的分层定位服务中，当移动实体改变它的位置时，最多需要更新多少条位置记录？ 答：移动实体改变位置会产生删除操作和插入操作，删除操作至少需要更新k条位置记录。同样，插入操作也需要更新k条位置记录。最后，删除与插入更新移动实体位置的记录共需要2k+1条。 8．要使用Lamport时间戳实现全序多播，是不是每个消息都必须要被严格地确认？ 答：不需要，任何类型的消息，只要它的时间戳大于所接收到的消息的时间戳，就可以被加入消息队列，使用Lamport时间戳实现全序多播。 9．许多分布式算法需要使用协调进程。讨论一下，这样的算法实际上可以在什么程度上被看作为分布式的？ 答：在集中式算法中，一般会选择一个固定的进程作为协调者，其它的进程可以分布在不同的机器上运行。分布式算法中也同样可以引入协调进程，但是，这个进程并不是固定的，它是从作为算法一部分的进程中选择的。因此，使用协调进程并不会影响算法的分布性。 10．作业调度和进程调度有何区别？ 答：作业调度与进程调度之间的差别主要是：作业调度是宏观调度，它所选择的作业只是具有获得处理机的资格，但尚未占有处理机，不能立即在其上实际运行；而进程调度是微观调度，动态地把处理机实际地分配给所选择的进程，使之真正活动起来。另外，进程调度相当频繁，而作业调度执行的次数一般很少。 11．请解释DNS如何进行复制，以及它实际运行很好的原因。 答：DNS进行复制的基本思想是：域名服务器可以缓存以前查找过的结果。由于DNS的名称到地址的映射很少更改，因此，这些结果可以缓存很长一段时间。 12．简述进程与程序的联系和区别 答：（1）联系：一个进程可以涉及到一个或几个程序的执行；一个程序可以对应一个或多个进程，即同一程序段可以在不同数据集合上运行，可构成不同的进程，例如打印输出程序段，例如同一高级语言编译程序与多个用户源程序。 （2）进程和程序的区别主要体现在： 1）进程是动态的，具有一定的生命周期，而程序是静态的； 2）进程可并发执行，而没有创建进程的程序是不能执行的； 3）进程是操作系统中申请和分配资源的基本单位，而没有创建进程的程序是不能申请资源的； 4）进程包括程序、数据和进程控制块； 5）同一程序的多次执行对应多个进程 13．在下图中，一个顺序一致的存储器允许6种可能的语句交叉。请列举出这6种可能的情况。
答：这6种可能的情况是： (1) a=1; if ( b= =0 ); b=1; if ( a= =0 ); (2) a=1; b=1; if ( a= =0 ); if ( b= =0 ); (3) a=1; b=1; if ( b= =0 ); if ( a= =0 ); (4) b=1; if ( a= =0 ); a=1; if ( b= =0 ); (5) b=1; a=1; if ( b= =0 ); if ( a= =0 ); (6) b=1; a=1; if ( a= =0 ); if ( b= =0 ); 14．一个文件被复制在10个服务器上，请列出表决算法允许的所有读团体和写团体。 答：下列可能性的读团体和写团体是合法的： （1，10）、（2，9）、（3，8）、（4，7）、（5，6）、（6，5）、（7，4）、（8，3）、（9，2）、（10，1）。 15．原子多播的可扩展性重要到哪种程度上？ 答：它取决于一组包含多个进程的状态。如果进程为故障容错进行了复制，拥有少量的副本可能就足够了，在这种情况下，可扩展性几乎不成问题。如果是由不同进程构成的组，可扩展性就可能成了一个问题。当为了性能而复制时，原子多播自身可能超出负荷的能力。 16．在两阶段提交协议中，为什么即使在参与者们选择一个新的协调者的情况下也不会完全消除阻塞？ 答：因为选举结束后，新的协调者也同样可能会崩溃。在这种情况下，其余的参与者也不能做出最后决定，因为这需要由新当选的协调者发起选举。 17．假设Alice希望向Bob发送一条消息m。她没有使用Bob的公钥K+B加密m，而是生成了一个会话密钥KA,B，然后发送[KA,B(m), K+B(KA,B)]。为什么一般来讲，这种方法更好？（提示：考虑性能问题）。 答：会话密钥有一个短而固定的长度，而消息m可能是任意长度。因此，采用会话密钥和公钥结合加密短消息通常在性能方面优于只使用一个公钥加密的消息。 18．列举出为密钥管理使用集中式服务的一些优点和缺点。 答：一个显著的优点是简单。比如：若有N个客户在一个集中式的服务器上共享了1个密钥，我们就只需要维护N个密钥；如果是成对共享密钥，那我们就需要维护N(N-1)/2个。而且使用集中式服务器存储和维护都在一个站点上，使存储和维护都比较方便。潜在的缺点：首先是服务器有可能成为性能和可用性的瓶颈。其次，如果服务器机密被泄露，就必须建立新的密钥。 19．一个网络中，DNS服务器应该部署在什么地方最合适？ 答：要用域名访问Internet上的服务器必须先访问DNS服务器，经过DNS对域名的解析才能连接到相应的主机。所以，在一个网络中，DNS服务器应该部署在客户端可以集中访问的网络位置上。 20．进程间同步和互斥的含义是什么? 答：进程间同步是并发进程之间存在的相互制约和相互依赖的关系。 进程间互斥是若干进程共享一资源时，任何时刻只允许一个进程使用。
四．综合题（本题结果不是唯一的，每小题n分，共m分） 1．有三个进程P1，P2和P3并发工作。进程P1需用资源S3和S1；进程P2需用资源S1和S2；进程P3需用资源S2和S3。回答： (1)若对资源分配不加限制，会发生什么情况?为什么? (2)为保证进程正确工作，应采用怎样的资源分配策略?为什么?
2．如何设计一个好的RPC？采用client/server模型与应用程序的组件说明开发过程？
3．如何用Java或其它语言解决线程同步与互斥的问题？(任选择一种语言)
4．如何用Java或C/C++语言实现多线程？(任选择一种语言)
5．分布式令牌环算法存在令牌丢失的问题，如果令牌丢失，会导致算法失败，请将该算法改进一下，使该算法既能检测到令牌丢失，也能进行补救。
6．散列函数为什么是安全的？散列函数的基本要求有哪些？常用散列函数的构造方法有哪些？
7．分布式可繁也可以简，请你组建一个最简单的分布式系统模型。
8．一个最完备的分布式体系由以下模块组成。请说明各模块的功能？
9．设计一个分布式网络管理系统的架构与开发模型。（200字左右） 分布式网络管理系统的实现主要有对等式、层次式和混合式三种实现方式。 对等式（P2P）网络管理：网管功能被分布到多个管理者上，完成各自域内的网络逻辑管理（综合管理），而每个被管设备都是具有一定自我管理能力的自治单元。 层次式网络管理：引入中层管理站MLM（Middle-Level Manager）以减轻顶层管理站MOM（Manager Of Managers）的负担，减少网络传输、消除瓶颈，增加可靠性和扩展性，从而提高整个网络管理系统的性能。是一种很具生命力的方法。 混合式网络管理：它结合了两者的优点，但当网络规模扩大时，集成管理站和单元管理站的增多将导致管理关系复杂性的非线性增长。 请围绕分布式管理的主题，选择一种方式，依次从以下三个方面论述。 （1）结合你参与或你熟悉网络管理架构一个简单的模型； （2）简要说明数据一致性算法； （3）简述采用的数据安全性要求。
10．论分布式共享存储一致性协议的关键技术（200字左右）。
11．论原子多播中的消息排序问题（200字左右）。
12．论分布式软件可靠性评价（200字左右）。 软件可靠性评价是软件可靠性活动的重要组成部分，既可在软件开发过程实施，也可针对最终软件系统实施。软件可靠性评价的难点在于软件可靠性模型的选择和软件可靠性数据的收集与处理。请围绕“软件可靠性评价”论题，依次从以下三个方面进行论述。 （1）简要概述你参与实施的或你研究的软件开发项目以及你承担的主要工作。 （2）说明你在课题研究实施过程中所选择的软件可靠性模型，并论述在软件可靠性模型选择时应该考虑的主要因素。 （3）收集软件可靠性数据时经常遇到的问题有哪些？简述你收集软件可靠性数据时所遇到的具体问题及解决的方法。 13．论软件的静态演化和动态演化及其应用（200字左右）。 软件演化（Software Evolution）是指软件在其生命周期内的更新行为和过程。演化是一系列贯穿软件生命周期始终的活动，系统需求改变、功能实现增强、新功能加入、软件架构改变、软件缺陷修复、运行环境改变均要求软件系统能够快速适应变化，具有较强的演化能力。软件静态演化（Static Evolution）和动态演化（Dynamic Evolution）是目前软件演化的两种重要类型。 请围绕“软件的静态演化和动态演化及其应用”论题，依次从以下三个方面进行论述。 （1）概要叙述你参与管理或开发的软件项目以及你在其中所担任的主要工作。 （2）请分别对软件静态演化和动态演化的特点进行论述，说明两种软件演化类型各自的优缺点及其应用场合，并举例说明各自的常见演化技术手段。 （3）具体阐述你参与管理和开发的项目中所进行的软件演化活动的特点、演化的类型，以及所采取的对应演化技术手段，说明具体实施过程以及实际应用的效果。
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来自： wangprince2017 > 《云计算 大数据 物联网》
