系統(tǒng)架構設計師 歷年真題 2022年11月 系統(tǒng)架構設計師 下午題

2022年11月系統(tǒng)架構設計師下午題

【問答題】某電子商務公司擬升級其會員與促銷管理系統(tǒng)，向用戶提供個性化服務，提高用戶的粘性。在項目立項之初，公司領導層一致認為本次升級的主要目標是提升會員管理方式的靈活性，由于當前用戶規(guī)模不大，業(yè)務也相對簡單，系統(tǒng)性能方面不做過多考慮。新系統(tǒng)除了保持現(xiàn)有的四級固定會員制度外，還需要根據(jù)用戶的消費金額、偏好、重復性等相關特征動態(tài)調整商品的折扣力度，并支持在特定的活動周期內主動篩選與活動主題高度相關的用戶集合，提供個性化的打折促銷活動。<br/>在需求分析與架構設計階段，公司提出的需求和質量屬性描述如下：<br/>(a)管理員能夠在頁面上靈活設置折扣力度規(guī)則和促銷活動邏輯，設置后即可生效；<br/>(b)系統(tǒng)應該具備完整的安全防護措施，支持對惡意攻擊行為進行檢測與報警；<br/>(c)正常負載情況下，系統(tǒng)應在0.3秒內對用戶的界面操作請求進行響應；<br/>(d)用戶名是系統(tǒng)唯一標識，要求以字母開頭，由數(shù)字和字母組合而成，長度不少于6個字符；<br/>(e)正常負載情況下，用戶支付商品費用后在3秒內確認訂單支付信息；<br/>(f)系統(tǒng)主站點電力中斷后，應在5秒內將請求重定向到備用站點；<br/>(g)系統(tǒng)支持橫向存儲擴展，要求在2人天內完成所有的擴展與測試工作；<br/>(h)系統(tǒng)宕機后，需要在10秒內感知錯誤，并自動啟動熱備份系統(tǒng)；<br/>(i)系統(tǒng)需要內置接口函數(shù)，支持開發(fā)團隊進行功能調試與系統(tǒng)診斷；<br/>(j)系統(tǒng)需要為所有的用戶操作行為進行詳細記錄，便于后期查閱與審計；<br/>(k)系統(tǒng)的外觀進行調整和配置，調整工作需要在4人天內完成。<br/>在對系統(tǒng)需求、質量屬性描述和架構特性進行分析的基礎上，系統(tǒng)架構師給出了兩種候選架構設計方案，公司目前正在組織相關專家對系統(tǒng)架構進行評估。<br/>問題1<br/>在架構評估過程中，質量屬性效用樹(utilitytree)是對系統(tǒng)質量屬性進行識別和優(yōu)先級排序的重要工具。請將合適的質量屬性名稱填入圖1-1中(1)、(2)空白處，并選擇題干描述的(a)~(k)填入(3)~(6)空白處，完成該系經的效用樹。<br/><br/>問題2<br/>針對該系統(tǒng)的功能，李工建議采用面向對象的架構風格，將折扣力度計算和用戶篩選分別封裝為獨立對象，通過對象調用實現(xiàn)對應的功能；王工則建議采用解釋器（interpreters）架構風格，將折扣力度計算和用戶篩選條件封裝為獨立的規(guī)則，通過解釋規(guī)則實現(xiàn)對應的功能。請針對系統(tǒng)的主要功能，從折扣規(guī)則的可修改性、個性化折扣定義靈活性和系統(tǒng)性能三個方面對這兩種架構風格進行比較與分析，并指出該系統(tǒng)更適合采用哪種架構風格。

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答案：無

解析：問題1<br/>(1)安全性 (2)可修改性 (3)e (4)j (5)h (6)k<br/>問題2<br/>更適合解釋器架構風格。<br/>【問答題】煤炭生產是國民經濟發(fā)展的主要領域之一，其煤礦的安全非常重要。某能源企業(yè)擬開發(fā)一套煤礦建設項目安全預警系統(tǒng)，以保護煤礦建設項目從業(yè)人員生命安全。本系統(tǒng)的主要功能包括如下(a)～(h)所述。<br/>(a)項目信息維護   (b)影響因素錄入 (c)關聯(lián)事故錄入  (d)安全評價得分<br/>(e)項目指標預警分析 (f)項目指標填報  (g)項目指標審核 (h)項目指標確認<br/>問題1<br/>王工根據(jù)煤礦建設項目安全預警系統(tǒng)的功能要求，設計完成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖，如圖2-1所示。請使用題干中述的功能(a)~(h)，補充完善空(1)~(6)處的內容，并要介紹數(shù)據(jù)流圖在分層細化過程中遵循的數(shù)據(jù)平衡原則。<br/><br/>問題2<br/>請根據(jù)問題1中數(shù)據(jù)流圖表示的相關信息，補充完煤礦建設項目安全預警系統(tǒng)總體E-R圖(見圖2-2)中實體(1)~(6)的具體內容。<br/><br/>問題3<br/>在結構化分析和設計過程中，數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典是常用的技術手段，請用200字以內的文字簡要說明它們在軟件需求分析和設計階段的作用。

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答案：無

解析：問題1<br/>(1)f (2)g (3)h (4)d (5)b (6)e<br/>問題2<br/>分層細化的數(shù)據(jù)平衡原則：<br/>1.父圖與子圖的平衡：父圖與子圖之間平衡是指任何一張DFD子圖邊界上的輸入/輸出數(shù)據(jù)流必須與其父圖中對應加工的輸入/輸出數(shù)據(jù)流保持一致。<br/>2.數(shù)據(jù)守恒：一個加工的所有輸出數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)必須能從該加工的輸入數(shù)據(jù)流中直接獲得或能通過該加工的處理而產生。<br/>問題3<br/>(1)項目管理員 (2)項目經理 (3)項目指標數(shù)據(jù)<br/>(4)項目信息  (5)指標參數(shù) (6)事故及影響因素參數(shù)  (4~6可互換)<br/>【問答題】系統(tǒng)的故障檢測和診斷是宇航系統(tǒng)提高裝備可靠性的主要技術之一，隨著裝備信息化的發(fā)展，分布式架構下的資源配置越來越多、資源布局也越來越分散，這對系統(tǒng)的故障檢測和診斷方法提出了新的要求。為了適應宇航裝備的分布式綜合化電子系統(tǒng)的發(fā)展，解決由于系統(tǒng)資源部署的分散性，造成系統(tǒng)狀態(tài)的綜合和監(jiān)控困難的問題，公司領導安排張工進行研究。張工經過分析、調研提出了針對分布式綜合化電子系統(tǒng)架構的故障檢測和診斷的方案。<br/>問題1<br/>張工提出：宇航裝備的軟件架構可采用四層的層次化體系結構，即模塊支持層、操作系統(tǒng)層、分布式中間件層和功能應用層。為了有效、方便地實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的故障檢測和診斷能力，方案建議將系統(tǒng)的故障檢測和診斷能力構建在分布式中間件內，通過使用心跳或者超時探測技術來實現(xiàn)故障檢測器。請用300字以內的文字分別說明心跳檢測和超時探測技術的基本原理及特點。<br/>問題2<br/>張工針對分布式綜合化電子系統(tǒng)的架構特征，給出了初步設計方案，指出每個節(jié)點的故障監(jiān)測與診斷器主要負責監(jiān)控系統(tǒng)中所有的故障信息，并將故障信息進行綜合分析判斷，使用故障診斷器分析出故障原因，給出解決方案和措施。系統(tǒng)可以給模塊的每個處理機器核配置核狀態(tài)監(jiān)控器、給每個分區(qū)配置分區(qū)狀態(tài)監(jiān)控器、給每個模塊配置模塊狀態(tài)監(jiān)控器、給系統(tǒng)配置系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控器，如圖3-1所示。<br/><br/>請根據(jù)下面給出的分布式綜合化電子系統(tǒng)可能產生的故障(a)～(h)，判斷這些故障分別屬于哪類監(jiān)控器檢測的圍，完善表3-1的(1)～(8)的空白。<br/>(a)應用程序除零<br/>(b)看門狗故障<br/>(c)任務超時<br/>(d)網絡診斷故障<br/>(e)BIT檢測故障<br/>(f)分區(qū)堆棧溢出<br/>(g)操作系統(tǒng)異常<br/>(h)模塊掉電<br/>    表3-1故障分類<br/><br/>問題3<br/>張工在方案中指出，本系統(tǒng)的故障診斷采用故障診斷器實現(xiàn)，它可綜合多種故障信息和系統(tǒng)狀態(tài)，依據(jù)智能決策數(shù)據(jù)庫提供的決策策略判定出故障類型和處理方法。智能決策數(shù)據(jù)庫中的策略可以對故障開展定性或定量分析。通常，在定量分析中，普遍采用基于解析模型的方法和數(shù)據(jù)驅動的方法。張工在方案中提出該系統(tǒng)定量分析時應采用基于解析模型的方法。但是此提議受到王工的反對，王工指出采用數(shù)據(jù)驅動的方法更適合分布式綜合化電子系統(tǒng)架構的設計。請用300字以內的文字，說明數(shù)據(jù)驅動方法的基本概念，以及王工提出采用此方法的理由。

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答案：無

解析：問題1<br/>心跳是一種用于故障檢測的手段。分布式系統(tǒng)中，各種異常，如：宕機、磁盤損壞、網絡故障等，時有發(fā)生，通過心跳可以快速有效的定位集群中的錯誤結點，并做及時的處理保證集群正常服務<br/>通常探針會不斷發(fā)送健康檢查來檢查服務是否健康。當遠程節(jié)點沒有響應時，我們只能猜測數(shù)據(jù)包在過程中的某個地方丟失了。下一個操作將是重試或等待一段時間，直到超時。<br/>問題2<br/>(1)(2)b、e  (3)f  (4)(5)(6)a、d、h (7)(8)g、c<br/>問題3<br/>通過對系統(tǒng)運行過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，從而在無精準系統(tǒng)數(shù)學模型情況下，對系統(tǒng)進行故障診斷，具體方法包括機器學習、統(tǒng)計分析法和信號分析法<br/>因為宇航系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)，如果采用張工的基于解析模型的方法，這一類方法需要建立再精準數(shù)學模型的基礎上來進行故障診斷。但是對于宇航系統(tǒng)這種非常復雜的系統(tǒng)難以精確建模。所以王工提出了數(shù)據(jù)驅動的方法，不需要精準系統(tǒng)數(shù)學模型。【問答題】某大型電商平臺建立了一個在線B2B商店系統(tǒng)，并在全國多地建設了貨物倉儲中心，通過提前備貨的方式來提高貨物的運送效率。但是在運營過程中，發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)很多跨倉儲中心調貨從而延誤貨物運送的情況。為此，該企業(yè)計劃新建立一個全國倉儲貨物管理系統(tǒng)，在實現(xiàn)倉儲中心常規(guī)管理功能之外，通過對在線B2B商店系統(tǒng)中訂單信息進行及時的分析和挖掘，并通過大數(shù)據(jù)分析預測各地倉儲中心中各類貨物的配置數(shù)量，從而提高運送效率，降低成本。<br/>當用戶通過在線B2B商店系統(tǒng)選購貨物時，全國倉儲貨物管理系統(tǒng)會通過該用戶所在地址、商品類別以及倉儲中心的貨物信息和地址，實時為用戶訂單反饋貨物起運地（某倉儲中心）并預測送達時間。反饋送達時間的響應時間應小于1秒。<br/>為滿足反饋送達時間功能的性能要求，設計團隊建議在全國倉儲貨物管理系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)緩存集群的方式，將倉儲中心基本信息、商品類別以及庫存數(shù)量放置在內存的緩存中，而倉儲中心的其它商品信息則存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。<br/>問題1<br/>設計團隊在討論緩存和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性問題時，李工建議采取數(shù)據(jù)實時同步更新方案，而張工則建議采用數(shù)據(jù)異步準實時更新方案。<br/>請用200字以內的文字，簡要介紹兩種方案的基本思路，說明全國倉儲貨物管理系統(tǒng)應該采用哪種方案，并說明采取該方案的原因。<br/>問題2<br/>隨著業(yè)務的發(fā)展，倉儲中心以及商品的數(shù)量日益增加，需要對集群部署多個緩存節(jié)點，提高緩存的處理能力。李工建議采用緩存分片方法，把緩存的數(shù)據(jù)拆分到多個節(jié)點分別存儲，減輕單個緩存節(jié)點的訪問壓力，達到分流效果。<br/>緩存分片方法常用的有哈希算法和一致性哈希算法，李工建議采用一致性哈希算法來進行分片。請用200字以內的文字簡要說明兩種算法的基本原理，并說明李工采用一致性哈希算法的原因。<br/>問題3<br/>全國倉儲貨物管理系統(tǒng)開發(fā)完成，在運營一段時間后，系統(tǒng)維護人員發(fā)現(xiàn)大量黑客故意發(fā)起非法的商品送達時間查詢請求，造成了緩存擊穿。張工建議盡快采用布隆過濾器方法解決。請用200字以內的文字解釋布隆過濾器的工作原理和優(yōu)缺點。

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答案：無

解析：問題1<br/>實時方案：強一致性，更新數(shù)據(jù)庫之后主動淘汰緩存，讀請求更新緩存，為避免緩存雪崩，更新緩存的過程需要進行同步控制，同一時間只允許一個請求訪問數(shù)據(jù)庫。<br/>異步準實時更新方案：準一致性，當數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新時，異步更新緩存數(shù)據(jù)，采用多線程技術或MQ（消息隊列）逐步完成數(shù)據(jù)的更新。<br/>應該采用異步準實時更新方案，因為題目中對性能有嚴格要求，要求在1秒內完成，而且多數(shù)請求是讀操作，寫操作少。實時同步方案最大的問題在于同步并發(fā)時的性能不可控。<br/>問題2<br/>哈希分片：對緩存的Key做哈希計算，然后對總的緩存節(jié)點個數(shù)取余，得出的結果就是要存入緩存節(jié)點的序號。這種算法的優(yōu)點就是簡單易，缺點是當增加或者減少緩存節(jié)點時，緩存總的節(jié)點個數(shù)變化造成計算出來的節(jié)點發(fā)生變化，從而造成緩存失效不可用。<br/>一致性哈希分片：將存儲節(jié)點和數(shù)據(jù)都映射到一個0~232首尾相連的虛擬哈希環(huán)上，存儲節(jié)點可以根據(jù)IP地址進行哈希，數(shù)據(jù)通常通過順時針方向尋找的方式，來確定自己所屬的存儲節(jié)點。這種算法的優(yōu)點是增加和刪除節(jié)點時，只有少量的Key會漂移到其它節(jié)點上，而大部分的Key命中的節(jié)點還是會保持不變，從而可以保證命中率不會大幅下降。缺點是緩存節(jié)點在圓環(huán)上分布不平均，會造成部分緩存節(jié)點的壓力較大。<br/>采用一致性哈希算法的原因：一致性哈希分片的方式在擴充緩存結點時，只需要對少量數(shù)據(jù)的存儲位置進行更新，而哈希分片需要對幾乎所有數(shù)據(jù)的存儲位置進行更新。<br/>問題3<br/>布隆過濾器通過一個很長的二進制向量和一系列隨機映射函數(shù)來記錄與識別某個數(shù)據(jù)是否在一個集合中。如果數(shù)據(jù)不在集合中，能被識別出來，不需要到數(shù)據(jù)庫中進行查找，所以能將數(shù)據(jù)庫查詢返回值為空的查詢過濾掉。<br/>優(yōu)點：占用內存小，查詢效率高，不需要存儲元素本身，在某些對保密要求比較嚴格的場合有很大優(yōu)勢。<br/>缺點：有一定的誤判率，不能100%準確判斷元素是否在集合中，不能獲取元素本身，一般情況下不能從布隆過濾器中刪除元素。【問答題】某公司擬開發(fā)一套基于邊緣計算的智能門禁系統(tǒng)，用于如園區(qū)、新零售、工業(yè)現(xiàn)場等存在來訪、被訪業(yè)務的場景。來訪者在來訪前，可以通過線上提前預約的方式將自己的個人信息記錄在后臺，被訪者在系統(tǒng)中通過此請求后，來訪者在到訪時可以直接通過"刷臉"的方式通過門禁，無需做其他驗證。此外，系統(tǒng)的管理員可對正在運行的門禁設備進行管理。<br/>基于項目需求，該公司組建項目組，召開了項目討論會。會上，張工根據(jù)業(yè)務需求并結合邊緣計算的思想，提出本系統(tǒng)可由訪客注冊模塊、模型訓練模塊、端側識別模塊與設備調度平臺模塊等四項功能組成。李工從技術層面提出該系統(tǒng)可廠使用Flask框架與SSM框架為基礎來開發(fā)后臺服務器，將開發(fā)好的系統(tǒng)通過Docker進行部署，并使用MQTT協(xié)議對Docker進行管理。<br/>問題1<br/>MQTT協(xié)議在工業(yè)物聯(lián)網中得到廣泛的應用，請用300字以內的文字簡要說明MQTT協(xié)議。<br/>問題2 <br/>在會議上，張工對功能模塊進行了更進一步的說明：訪客注冊模塊用于來訪者提交申請與被訪者確認申請，主要處理提交來訪申請、來訪申請審核業(yè)務，同時保存訪客數(shù)據(jù)，為訓練模塊準備訓練數(shù)據(jù)集；模型訓練模塊用于使用訪客數(shù)據(jù)進行模型訓練，為端側設備的識別提供模型基礎；端側識別模塊在邊緣門禁設備上運行，使用訓練好的模型來識別來訪人員，與云端服務協(xié)作完成訪客來訪的完整業(yè)務；設備調度平臺模塊用于對邊緣門禁設備進行管理，管理人員能夠使用平臺對邊緣設備進行調度管理與狀態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)云端協(xié)同。<br/>圖5-1給出了基于邊緣計算的智能門禁系統(tǒng)架構圖，請結合HTTP協(xié)議和MQTT協(xié)議的特點為圖5-1中(1)~(6)處選擇合適的