2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)分布式系統(tǒng)原理考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)選項(xiàng)不屬于分布式系統(tǒng)的基本特征？A.并發(fā)性B.異構(gòu)性C.分布透明性D.容錯(cuò)性2.在分布式系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)延遲和時(shí)鐘偏移可能導(dǎo)致進(jìn)程間的操作發(fā)生丟失，下列哪個(gè)一致性模型允許操作丟失來(lái)保證其他一致性特性？A.順序一致性B.可見(jiàn)性一致性C.原子性一致性D.順序一致性（CausalConsistency）的變種3.兩階段提交（2PC）協(xié)議中，協(xié)調(diào)者發(fā)送的“CanCommit”消息后，參與者進(jìn)入哪個(gè)狀態(tài)？A.已提交（Committed）B.已中止（Aborted）C.準(zhǔn)備（Preparing）D.等待（Waiting）4.分布式系統(tǒng)中保證多個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)最終一致的關(guān)鍵技術(shù)之一是？A.數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)日志B.分布式鎖C.冗余副本D.Gossip協(xié)議5.Paxos算法最終能夠保證所有參與者對(duì)值的選擇唯一，這是其主要目標(biāo)之一，這體現(xiàn)了？A.可靠性B.一致性C.可用性D.容錯(cuò)性6.在分布式系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)高可用性，常用的冗余策略包括？A.集中式控制B.單點(diǎn)故障C.主從復(fù)制D.無(wú)狀態(tài)設(shè)計(jì)7.分布式事務(wù)需要滿(mǎn)足的ACID特性中，保證事務(wù)在并發(fā)環(huán)境下正確執(zhí)行的是？A.原子性（Atomicity）B.一致性（Consistency）C.隔離性（Isolation）D.持久性（Durability）8.下列哪種技術(shù)主要用于檢測(cè)分布式系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)故障？A.冗余備份B.心跳機(jī)制C.分布式鎖D.事務(wù)日志9.MapReduce模型中，Map階段輸出的中間鍵值對(duì)（<K1,V1>）在Reduce階段被同一個(gè)Reduce函數(shù)處理的前提條件是？A.K1必須等于K2B.V1必須等于V2C.K1必須等于K2且V1必須等于V2D.K1和V1的哈希值相等10.在微服務(wù)架構(gòu)中，各個(gè)服務(wù)之間進(jìn)行通信的常用方式包括？A.RPCB.消息隊(duì)列C.WebAPID.以上都是二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.分布式系統(tǒng)的一個(gè)核心設(shè)計(jì)原則是________，它允許用戶(hù)無(wú)需關(guān)心數(shù)據(jù)的具體物理位置。2.為了解決分布式環(huán)境中時(shí)鐘難以精確同步的問(wèn)題，通常采用邏輯時(shí)鐘（如Lamport時(shí)鐘或Vector時(shí)鐘）來(lái)記錄事件的________。3.Paxos算法中，負(fù)責(zé)提出值并進(jìn)行投票的進(jìn)程稱(chēng)為_(kāi)_______，負(fù)責(zé)最終確定并輸出值的進(jìn)程稱(chēng)為_(kāi)_______。4.分布式鎖服務(wù)通常需要提供兩種基本操作：_______（鎖定）和_______（解鎖）。5.在實(shí)現(xiàn)分布式一致性時(shí)，CAP定理指出一個(gè)分布式系統(tǒng)不可能同時(shí)很好地滿(mǎn)足________、_______和________這三個(gè)特性。6.分布式事務(wù)的可靠消息傳遞模型（如基于日志的協(xié)議）通常依賴(lài)于系統(tǒng)中的________來(lái)確保消息最終被所有副本收到。7.對(duì)于需要高并發(fā)讀操作但對(duì)寫(xiě)操作要求不高的場(chǎng)景，采用________讀取策略可以提高性能。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述分布式系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、可靠性、一致性管理方面的主要區(qū)別。2.什么是分布式鎖？請(qǐng)簡(jiǎn)述其實(shí)現(xiàn)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題（如死鎖、活鎖、饑餓）。3.解釋什么是分布式事務(wù)的“原子性”和“隔離性”，并簡(jiǎn)述它們?cè)诓l(fā)環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)。4.簡(jiǎn)述Gossip協(xié)議在分布式系統(tǒng)（如故障檢測(cè)、配置同步）中的作用及其主要優(yōu)點(diǎn)。四、分析題（每題10分，共30分）1.假設(shè)一個(gè)分布式系統(tǒng)中有三個(gè)參與者P1,P2,P3和一個(gè)協(xié)調(diào)者C，要執(zhí)行一個(gè)兩階段提交（2PC）協(xié)議。請(qǐng)簡(jiǎn)述協(xié)調(diào)者C發(fā)起一個(gè)事務(wù)T的提交階段（階段二）的具體流程，包括協(xié)調(diào)者發(fā)送的指令以及參與者可能的響應(yīng)及其后續(xù)處理。2.解釋CAP定理中的一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分區(qū)容錯(cuò)性（PartitionTolerance）的含義。舉例說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)通常需要在三者之間做出權(quán)衡。3.考慮一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，采用主從復(fù)制機(jī)制。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，如何通過(guò)副本來(lái)恢復(fù)服務(wù)？簡(jiǎn)述基于日志復(fù)制（如Raft的思想）的故障恢復(fù)過(guò)程。---試卷答案一、選擇題1.B2.D3.C4.C5.B6.C7.C8.B9.A10.D二、填空題1.分布透明性2.順序3.提出者（Proposer）；接受者（Acceptor）/領(lǐng)導(dǎo)者（Leader）4.Acquire；Release5.一致性；可用性；分區(qū)容錯(cuò)性6.日志復(fù)制機(jī)制/日志7.樂(lè)觀鎖/讀己讀（Read-Your-Writes）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比分布式和集中式系統(tǒng)的核心差異。分布式系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，資源分布；集中式系統(tǒng)由單臺(tái)計(jì)算機(jī)處理所有任務(wù)和數(shù)據(jù)。分布式系統(tǒng)通過(guò)冗余和容錯(cuò)機(jī)制提高可靠性，避免單點(diǎn)故障；集中式系統(tǒng)可靠性依賴(lài)單臺(tái)機(jī)器的穩(wěn)定性。分布式系統(tǒng)由于節(jié)點(diǎn)間交互和數(shù)據(jù)分布，一致性管理更復(fù)雜，需要專(zhuān)門(mén)的協(xié)議和技術(shù)（如一致性算法、分布式鎖）；集中式系統(tǒng)由中央節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，一致性相對(duì)簡(jiǎn)單。2.解析思路：定義分布式鎖。關(guān)鍵問(wèn)題在于鎖的獲取和釋放過(guò)程中可能出現(xiàn)的場(chǎng)景。死鎖：兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程無(wú)限期地互相持有對(duì)方需要的鎖，導(dǎo)致都無(wú)法繼續(xù)?；铈i：進(jìn)程因爭(zhēng)奪鎖而不斷改變狀態(tài)，雖然占有鎖，但永遠(yuǎn)無(wú)法獲得需要的數(shù)據(jù)鎖，導(dǎo)致資源被無(wú)效占用。饑餓：某個(gè)進(jìn)程可能一直無(wú)法獲得所需的鎖，即使其他進(jìn)程已經(jīng)釋放了該鎖，但由于調(diào)度或其他原因，該進(jìn)程持續(xù)處于等待狀態(tài)。3.解析思路：解釋原子性和隔離性的含義。原子性指事務(wù)被視為一個(gè)不可分割的最小工作單元，其對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有操作要么全部完成，要么全部不做，不會(huì)處于中間狀態(tài)。隔離性指一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾，即一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對(duì)并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的結(jié)果與這些事務(wù)串行執(zhí)行的結(jié)果相同。挑戰(zhàn)主要在于并發(fā)控制，如使用鎖或樂(lè)觀協(xié)議時(shí)，如何保證事務(wù)隔離性不被破壞（如讀臟、寫(xiě)臟、不可重復(fù)讀、幻讀）。4.解析思路：闡述Gossip協(xié)議的作用和優(yōu)點(diǎn)。作用：允許系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)隨機(jī)或廣播方式相互傳遞信息（如狀態(tài)信息、配置變更、故障通知），實(shí)現(xiàn)信息的快速擴(kuò)散和系統(tǒng)狀態(tài)的同步。優(yōu)點(diǎn)：去中心化（無(wú)中心節(jié)點(diǎn)），容錯(cuò)性好（即使部分節(jié)點(diǎn)失效，信息仍能傳播），可擴(kuò)展性強(qiáng)（節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，傳播復(fù)雜度線(xiàn)性增長(zhǎng)），實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。四、分析題1.解析思路：描述2PC提交階段的流程。協(xié)調(diào)者C向所有參與者P1,P2,P3發(fā)送“CanCommit？”（是否可以提交）消息。每個(gè)參與者收到消息后，如果自身狀態(tài)允許且子事務(wù)執(zhí)行正常，則執(zhí)行本地提交操作，并將狀態(tài)設(shè)置為“已提交”（Committed），然后向協(xié)調(diào)者C回復(fù)“YES”。如果參與者自身狀態(tài)不允許或子事務(wù)執(zhí)行異常，則執(zhí)行本地回滾操作，并將狀態(tài)設(shè)置為“已中止”（Aborted），然后向協(xié)調(diào)者C回復(fù)“NO”。協(xié)調(diào)者C收到所有參與者的響應(yīng)后：如果所有參與者都回復(fù)“YES”，則協(xié)調(diào)者向所有參與者發(fā)送“Commit”消息，所有參與者收到后確認(rèn)提交；如果任何一個(gè)參與者回復(fù)“NO”或超時(shí)未收到回復(fù)，則協(xié)調(diào)者向所有參與者發(fā)送“Abort”消息，所有參與者收到后確認(rèn)中止。參與者收到最終指令后完成相應(yīng)操作（提交或回滾）。2.解析思路：解釋CAP定理三要素并舉例權(quán)衡。一致性（Consistency）：系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間具有相同的數(shù)據(jù)?？捎眯裕ˋvailability）：每次請(qǐng)求都能得到一個(gè)（非錯(cuò)誤）響應(yīng)，但不保證是最新數(shù)據(jù)。分區(qū)容錯(cuò)性（PartitionTolerance）：網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（節(jié)點(diǎn)間通信失?。┌l(fā)生時(shí)，系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。權(quán)衡例子：銀行核心交易系統(tǒng)通常選擇CP（一致性、分區(qū)容錯(cuò)性），犧牲部分可用性以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和系統(tǒng)穩(wěn)定；一些緩存系統(tǒng)或讀多寫(xiě)少的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可能選擇AP（可用性、分區(qū)容錯(cuò)性），允許短暫的數(shù)據(jù)不一致以換取高可用性。3.解析思路：描述主從復(fù)制故障恢復(fù)過(guò)程。主節(jié)點(diǎn)故障后，系統(tǒng)需要從副節(jié)點(diǎn)中選出新的主節(jié)點(diǎn)。對(duì)于基于日志復(fù)制的系統(tǒng)（如Raft）：故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)剩余的副節(jié)點(diǎn)（以及可能觀察到故障的客戶(hù)端）通過(guò)某種機(jī)制（如Gossip）選出新的領(lǐng)導(dǎo)