《计算机系统基础》课程最后一讲

试卷结构

近年《计算机系统基础》试卷结构常见格式如下：

选择题：10题，每题2分，共20分
简答题：1题，每题80分，共80分

考试形式为开卷，时长120分钟。开卷考试仅允许携带主教材《计算机系统基础》（第2版），不允许携带《计算机系统基础学习指导与习题解答》。

考试范围广泛，涉及了计算机系统基础课程中几乎所有内容。选择题组织体系较散，跨越性较大；简答题涉及内容较广，通常会给出一个C语言程序及其编译后的部分汇编代码并围绕此设问。

因此，读懂程序以及对应的汇编代码是简答题的得分关键。这需要我们掌握汇编指令、寄存器、内存地址、寻址方式、系统调用等知识。不过，如果你在本学期中独立自主认真完成了lab实验，那么读懂程序和汇编代码应该不成问题。

我们需要掌握一些基础知识点，做到相关问题闭卷也可以很好作答——事实上，开卷考试的时间并非完全充裕，对于一些常见的知识我们需要不借助书本直接作答，如cache、段页式虚存管理等。

常见简答题

样卷简答题（2017）

在执行 bubsort 程序过程中，是否会陷入内核执行？计算机系统如何实现 fread 函数的功能（要求从调用 fread 库函数开始简要说明，包括对应哪个系统调用、如何从用户态陷入内核态、内核的大致处理过程等。200 字左右）？

在执行 bubsort 程序过程中，会陷入内核执行。

fread 库函数最终会调用系统调用封装函数 read()，该封装函数由若干 mov 指令和一条 int 0x80 指令以及其他指令序列组成。int 指令前面的若干 mov 指令用于将 read 系统调用的参数送到相应寄存器中，执行到 int 指令时，便从用户态陷入内核态，在内核中，通过系统调用号跳转到 sys_read 服务例程执行，sys_read 服务例程主要有三个部分组成：设备无关软件、设备驱动程序和中断服务程序。最终完成读取磁盘文件的操作。

往年卷简答题（2018/2024）

“段故障”在IA-32中的中断类型号是多少？在Linux中的信号名是什么？IA-32+Linux平台中的硬/软件是如何检测、响应和处理该段故障的？(要求从执行段故障指令开始达行说明，包括地址转换、保护错检测、异常响应及处理等过程，300字左右)

中断类型号是13，信号名为SIGSEGV。

第一步检测到发生“段故障”。IA-32采用段页式虚拟地址管理方式，因此，先通过查询段描述符表将48位逻辑地址转换为线性地址；然后，通过查询页表将线性地址转换为物理地址，在MMU进行地址转换时，若发现用户进程访问了不该访问的页面，或进行了与访问权限不相符的访问，则检测到存储保护错，从而产生13号中断(即段故障)。

第二步响应“段故障”异常。CPU根据中断类型号13,找到IDT中的第13个表项，CPU将用户栈的栈顶信息保存到内核栈中，并将当前的断点(CS:EIP)和机器状态(EFLAGS)保存到内核栈顶，发生故障的线性地址保存到CR2中，最后将IDT表项中的段选择符和偏移地址分别装入CS和EIP,从而转到段故障处理程序执行。

第三步处理“段故障”异常。Linux中采用信号机制进行异常处理，在对应的异常处理程序general_protection中会发一个“SIGSEGV”信号给用户进程，然后返回到用户进程执行。用户进程接受到一个信号后，会转到“SIGSEGV”对应的信号处理程序去执行，该信号处理程序在屏幕上输出“segmentation fault”后，终止程序的执行。

往年卷简答题（2018）

简述第1次执行printf函数的整个过程，并说明第2次以后执行printf函数的过程与第1次执行过程有什么不同。(150字左右)

第1次执行printf函数，需要执行动态链接延迟绑定代码，以对printf函数进行重定位，将printf函数的首地址填到对应的GDT表项中，然后转到printf函数执行。printf函数最终要调用write系统调用封装函数，其中有一条int 0x80指令，执行该指令后就陷入内核执行系统调用处理程序行system_call,然后，根据系统调用号4,跳转到sys_write执行，在内核经过设备无关层、设备驱动程序层，通过驱动1/O外设进行I/O处理。第2次以后执行printf函数无需进行重定位。

最后附上几份往年卷及试题解析，供参考学习。

往年期末试卷

资料来源于网络。

本材料为Github仓库njucs-past-exam的镜像，原仓库链接github.com/NijikaIjichi/njucs-past-exam/。

如有侵权请告知我们，我们将立即删除或修正。

来自转工管群的祝福

您好。您可能是因为期末考试临近而点开了我们这个页面。如果是这样，请允许我们简短介绍一下自己，并对您能抽出宝贵的时间阅读表示诚挚的感谢。

我们是转工管群(QQ:920882951)下设的信息支持保障与空间网络安全小组。转工管群旨在为有意向了解、分流、转专业进入工程管理学院、机器人与自动化学院的同学提供信息咨询服务与支持，为在工程管理学院、机器人与自动化学院的同学提供信息交流平台。很荣幸您能看到这里，也衷心希望我们搜集的这些资料对您有所帮助。

转工管群中有一位super strong的大神，面对我们的敬意与致谢，他为我们留下了这样一句话：

这个世界充满了苦难

斯言不谬。我们总是一次又一次面对、感受、突破、成长，在这一路上我们也深知一些不易，因此我们更有动力建设好转工管群与周边服务平台，包括转工管群Wiki，争取能为大家带来帮助。

如果您有任何建议或者想一起加入我们，欢迎加入转工管群并和我们联系，我们将十分感谢您的付出与贡献！

最后，衷心祝愿大家考试顺利，取得理想的成绩！