入学诊断
24 道题，覆盖命令行、Shell、系统编程、计算机系统、内核、网络六个面。不要查资料，20 分钟做完。目的不是考倒你，而是判断从哪条路线开始、哪些章可以跳。
A 组 · 命令行（4 题）
A1. 一条命令列出当前目录下所有 .log 文件，按大小从大到小，只显示前 5 个，并带人类可读的大小。
A2. cmd > out.txt 2>&1 与 cmd 2>&1 > out.txt 的区别是什么？
A3. 解释 find . -name '*.c' -print0 | xargs -0 grep -l 'TODO' 中两个 -0 的作用。如果去掉会怎样？
A4. chmod 4755 ./tool 与 chmod 755 ./tool 的安全差异是什么？现代 Linux 上更推荐的替代方案是什么？
B 组 · Shell（3 题）
B1. 下面脚本在 curl 失败时会不会退出？为什么？
#!/bin/bash
set -e
curl -fsS https://example.com/data > data.json
echo "downloaded"
B2. 写一行 Bash，把变量 $1 中所有空格替换成下划线；再写一行，把路径的扩展名去掉。
B3. trap 'rm -f "$tmp"' EXIT INT TERM 中，为什么 EXIT 和 INT 都要写？只写 EXIT 会漏掉什么？
C 组 · 系统编程（5 题）
C1. read(fd, buf, 4096) 返回 1024 代表什么？返回 0 代表什么？返回 -1 且 errno == EINTR 时应该怎么做？
C2. open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644) 中 0644 受 umask 影响吗？如果想让文件最终权限确定是 0644，应该怎么做？
C3. fork() 之后，父进程和子进程谁先运行？fork() 返回值在两边分别是什么？vfork() 为什么危险？
C4. 写一个正确的 pthread 条件变量等待循环，说明为什么必须用 while 而不是 if。
C5. write(fd, buf, n) 返回 n 是否意味着数据已经落盘？fsync()、fdatasync()、O_SYNC 各保证什么？
D 组 · 计算机系统（4 题）
D1. -1 的 32 位补码是什么？(unsigned)-1 与 INT_MAX + 1 在 C 里分别是什么行为（有符号溢出 vs 无符号回绕）？
D2. 解释 x86-64 下 call 指令对 %rsp 和返回地址做了什么；leave 与 ret 各做什么。
D3. 一个 64 位虚拟地址，4 KiB 页，四级页表各 9 位，页内偏移多少位？一级页表项覆盖多大地址范围？
D4. 两个线程同时执行 counter++（counter 是 int 全局变量），为什么可能丢失更新？给出两种修复方式并说明代价。
E 组 · 内核（4 题）
E1. 用户态调用 getpid() 时，CPU 特权级如何变化？syscall 指令与 int 0x80 的主要区别是什么？
E2. task_struct、thread_info、内核栈三者在 x86-64 上是什么关系？
E3. malloc(1GB) 成功返回是否意味着 1 GB 物理内存已经分配？mmap 之后第一次写会发生什么？
E4. 自旋锁和互斥锁的核心区别是什么？为什么自旋锁的临界区里不能睡眠？
F 组 · 网络（4 题）
F1. 从 192.168.1.10:54321 访问 10.0.0.5:443，写出 TCP 三次握手的四个关键报文（SYN、SYN-ACK、ACK）的源/目的地址与端口，以及 seq/ack 的变化。
F2. listen(fd, 128) 的 128 在现代 Linux 上对应哪个队列？队列满了以后内核默认怎么处理？ss -lnt 的 Send-Q/Recv-Q 分别表示什么？
F3. epoll 的水平触发（LT）与边缘触发（ET）区别是什么？ET 模式下为什么必须把 fd 设为非阻塞，并且一次 read 要读到 EAGAIN？
F4. 一台服务器 8 核、16 GB 内存，要支撑 100 万条空闲 TCP 连接，最可能先撞到哪些限制？给出至少四个可调项与对应命令。
评分与路线建议
| 得分 | 判断 | 建议起点 |
|---|---|---|
| 0–8 | 命令行与系统基础薄弱 | 路线 A，从 0.1 开始；第 1 篇只读 1.1/1.2/1.6 |
| 9–15 | 会用但说不清机制 | 路线 B，从 1.2 开始；第 0 篇快速过 0.2–0.6 |
| 16–20 | 系统编程有经验，内核/网络零散 | 路线 B 后半 + 路线 C；从 2.1 与 3.1 并行 |
| 21–24 | 基础扎实，缺的是路径与证据 | 路线 C；直接读第 3/4 篇，项目选 A1 或 C1 |
答案与简要解释
| 题 | 答案 | 关键点 |
|---|---|---|
| A1 | ls -lhS *.log | head -5 | -S 按大小、-h 人类可读；ls 对无匹配会报错，严格写法用 find |
| A2 | 前者把 stdout 和 stderr 都重定向到文件；后者先复制 stderr 到当前 stdout（终端），再把 stdout 指向文件 | 重定向从左到右求值 |
| A3 | -print0/-0 用 NUL 分隔，避免文件名含空格/换行被拆开；去掉会把空格当分隔符 | xargs 默认按空白分词 |
| A4 | 4755 是 setuid root，任何用户执行都以 root 运行；现代用 capability（如 cap_net_bind_service）或 systemd 的 User=/AmbientCapabilities= | 最小权限 |
| B1 | 会退出（curl -f 失败返回非零，set -e 生效）；但 curl 在 if/&&/|| 里时不退出 | set -e 有语境例外 |
| B2 | ${1// /_}；${path%.*}（去掉最后一个 . 及之后） | 参数展开 |
| B3 | EXIT 覆盖正常退出与 exit；INT/TERM 覆盖被信号杀死的情况（默认信号处理不会触发 EXIT，除非 trap 后 exit） | 清理要覆盖所有退出路径 |
| C1 | 短读，读到 1024 字节；0 是 EOF；EINTR 应重试（检查 errno，重新调用） | 短读/EOF/中断 |
| C2 | 受影响；umask 会清掉位。要确定权限，先 umask(0) 或用 fchmod() | open 的 mode 不是最终权限 |
| C3 | 不确定，由调度器决定；父进程得到子 PID，子进程得到 0；vfork 共享地址空间，子进程不能 return/修改数据，必须 _exit 或 exec | fork 语义 |
| C4 | while (!ready) pthread_cond_wait(&cv, &m);；if 会被虚假唤醒和多个唤醒绕过 | 条件变量必须循环 |
| C5 | 不意味着落盘，只到 page cache；fsync 刷数据+元数据，fdatasync 只刷数据（及必要元数据），O_SYNC 每次写同步 | 持久化语义 |
| D1 | 32 个 1；有符号溢出是未定义行为（UB），无符号是模 2^32 回绕 | UB 与回绕 |
| D2 | call 把返回地址压栈并跳转；leave 等价 mov %rbp,%rsp; pop %rbp；ret 弹出返回地址并跳转 | 栈帧 |
| D3 | 偏移 12 位；每级 9 位，一级页表项覆盖 2^(9+9+9+12)=2^39=512 GiB | 页表位数 |
| D4 | counter++ 读-改-写非原子；用互斥锁或 atomic_fetch_add；锁有竞争/阻塞成本，原子操作依赖 CAS/缓存一致性 | 数据竞争 |
| E1 | 用户态 → 内核态（ring 3 → ring 0）；syscall 是 x86-64 快速入口，int 0x80 是 32 位中断门，后者更慢且 ABI 不同 | 特权级切换 |
| E2 | task_struct 是进程描述符；x86-64 上 thread_info 在 task_struct 内（不再放内核栈底）；内核栈是独立 THREAD_SIZE 区域 | 结构关系 |
| E3 | 不意味着；malloc 只拿到虚拟地址，首次写触发缺页，内核才分配物理页/零页 | 延迟分配 |
| E4 | 自旋锁忙等、适合极短临界区且不可睡眠；互斥锁睡眠等待；自旋锁持有期间睡眠会导致死锁/浪费 CPU（单核更严重） | 睡眠与原子上下文 |
| F1 | SYN: 10.0.0.5:443 → 192.168.1.10:54321, seq=x；SYN-ACK: 反向, seq=y, ack=x+1；ACK: 正向, seq=x+1, ack=y+1 | 三次握手 |
| F2 | accept 队列（accept queue）与 SYN 队列（syn queue）；tcp_abort_on_overflow=0 时默认丢弃/忽略 ACK；ss -lnt 的 Send-Q 是 backlog 上限，Recv-Q 是当前已完成握手等待 accept 的连接数 | 两个队列 |
| F3 | LT 只要可读就持续通知；ET 只在状态变化时通知一次。ET 必须非阻塞并读到 EAGAIN，否则会漏事件/阻塞 | epoll 语义 |
| F4 | fd 上限（ulimit -n/fs.file-max）、端口范围（ip_local_port_range）、内存（tcp_mem、sk_buff）、conntrack 表（nf_conntrack_max）、backlog（somaxconn）、epoll 实例与内核对象开销 | 百万连接 |
做完后把错题对应的章节标在路线图上；错 3 题以上的板块，从该板块的第一章开始读。