2022年下半年（下午）《系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師》真題

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1.[問(wèn)答][25分]某電子商務(wù)公司擬升級(jí)其會(huì)員與促銷(xiāo)管理系統(tǒng)，向用戶提供個(gè)性化服務(wù)，提高用戶的粘性。在項(xiàng)目立項(xiàng)之初，公司領(lǐng)導(dǎo)層一致認(rèn)為本次升級(jí)的主要目標(biāo)是提升會(huì)員管理方式的靈活性，由于當(dāng)前用戶規(guī)模不大，業(yè)務(wù)也相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)性能方面不做過(guò)多考慮。新系統(tǒng)除了保持現(xiàn)有的四級(jí)固定會(huì)員制度外，還需要根據(jù)用戶的消費(fèi)金額、偏好、重復(fù)性等相關(guān)特征動(dòng)態(tài)調(diào)整商品的折扣力度，并支持在特定的活動(dòng)周期內(nèi)主動(dòng)篩選與活動(dòng)主題高度相關(guān)的用戶集合，提供個(gè)性化的打折促銷(xiāo)活動(dòng)。

在需求分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)階段，公司提出的需求和質(zhì)量屬性描述如下：

(a)管理員能夠在頁(yè)面上靈活設(shè)置折扣力度規(guī)則和促銷(xiāo)活動(dòng)邏輯，設(shè)置后即可生效；

(b)系統(tǒng)應(yīng)該具備完整的安全防護(hù)措施，支持對(duì)惡意攻擊行為進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警；

(c)正常負(fù)載情況下，系統(tǒng)應(yīng)在0.3秒內(nèi)對(duì)用戶的界面操作請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)；

(d)用戶名是系統(tǒng)唯一標(biāo)識(shí)，要求以字母開(kāi)頭，由數(shù)字和字母組合而成，長(zhǎng)度不少于6個(gè)字符；

(e)正常負(fù)載情況下，用戶支付商品費(fèi)用后在3秒內(nèi)確認(rèn)訂單支付信息；

(f)系統(tǒng)主站點(diǎn)電力中斷后，應(yīng)在5秒內(nèi)將請(qǐng)求重定向到備用站點(diǎn)；

(g)系統(tǒng)支持橫向存儲(chǔ)擴(kuò)展，要求在2人天內(nèi)完成所有的擴(kuò)展與測(cè)試工作；

(h)系統(tǒng)宕機(jī)后，需要在10秒內(nèi)感知錯(cuò)誤，并自動(dòng)啟動(dòng)熱備份系統(tǒng)；

(i)系統(tǒng)需要內(nèi)置接口函數(shù)，支持開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行功能調(diào)試與系統(tǒng)診斷；

(j)系統(tǒng)需要為所有的用戶操作行為進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于后期查閱與審計(jì)；

(k)系統(tǒng)的外觀進(jìn)行調(diào)整和配置，調(diào)整工作需要在4人天內(nèi)完成。

在對(duì)系統(tǒng)需求、質(zhì)量屬性描述和架構(gòu)特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)架構(gòu)師給出了兩種候選架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，公司目前正在組織相關(guān)專家對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。

問(wèn)題1(12分)

在架構(gòu)評(píng)估過(guò)程中，質(zhì)量屬性效用樹(shù)(utilitytree)是對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量屬性進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)先級(jí)排序的重要工具。請(qǐng)將合適的質(zhì)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(jīng)的效用樹(shù)。

問(wèn)題2(13分)

針對(duì)該系統(tǒng)的功能，李工建議采用面向?qū)ο蟮募軜?gòu)風(fēng)格，將折扣力度計(jì)算和用戶篩選分別封裝為獨(dú)立對(duì)象，通過(guò)對(duì)象調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能；王工則建議采用解釋器（interpreters）架構(gòu)風(fēng)格，將折扣力度計(jì)算和用戶篩選條件封裝為獨(dú)立的規(guī)則，通過(guò)解釋規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。請(qǐng)針對(duì)系統(tǒng)的主要功能，從折扣規(guī)則的可修改性、個(gè)性化折扣定義靈活性和系統(tǒng)性能三個(gè)方面對(duì)這兩種架構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行比較與分析，并指出該系統(tǒng)更適合采用哪種架構(gòu)風(fēng)格。

2.[問(wèn)答][25分]煤炭生產(chǎn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要領(lǐng)域之一，其煤礦的安全非常重要。某能源企業(yè)擬開(kāi)發(fā)一套煤礦建設(shè)項(xiàng)目安全預(yù)警系統(tǒng)，以保護(hù)煤礦建設(shè)項(xiàng)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。

(a)項(xiàng)目信息維護(hù)(b)影響因素錄入(c)關(guān)聯(lián)事故錄入(d)安全評(píng)價(jià)得分

(e)項(xiàng)目指標(biāo)預(yù)警分析(f)項(xiàng)目指標(biāo)填報(bào)(g)項(xiàng)目指標(biāo)審核(h)項(xiàng)目指標(biāo)確認(rèn)

問(wèn)題1(9分)

王工根據(jù)煤礦建設(shè)項(xiàng)目安全預(yù)警系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖，如圖2-1所示。請(qǐng)使用題干中述的功能(a)~(h)，補(bǔ)充完善空(1)~(6)處的內(nèi)容，并要介紹數(shù)據(jù)流圖在分層細(xì)化過(guò)程中遵循的數(shù)據(jù)平衡原則。

問(wèn)題2(9分)

請(qǐng)根據(jù)問(wèn)題1中數(shù)據(jù)流圖表示的相關(guān)信息，補(bǔ)充完煤礦建設(shè)項(xiàng)目安全預(yù)警系統(tǒng)總體E-R圖(見(jiàn)圖2-2)中實(shí)體(1)~(6)的具體內(nèi)容，將正確答案填在答題紙上。

問(wèn)題3(7分)

在結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典是常用的技術(shù)手段，請(qǐng)用200字以內(nèi)的文字簡(jiǎn)要說(shuō)明它們?cè)谲浖枨蠓治龊驮O(shè)計(jì)階段的作用。

3.[問(wèn)答][25分]系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷是宇航系統(tǒng)提高裝備可靠性的主要技術(shù)之一，隨著裝備信息化的發(fā)展，分布式架構(gòu)下的資源配置越來(lái)越多、資源布局也越來(lái)越分散，這對(duì)系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷方法提出了新的要求。為了適應(yīng)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(wèn)題，公司領(lǐng)導(dǎo)安排張工進(jìn)行研究。張工經(jīng)過(guò)分析、調(diào)研提出了針對(duì)分布式綜合化電子系統(tǒng)架構(gòu)的故障檢測(cè)和診斷的方案。

問(wèn)題1（8分）

張工提出：宇航裝備的軟件架構(gòu)可采用四層的層次化體系結(jié)構(gòu)，即模塊支持層、操作系統(tǒng)層、分布式中間件層和功能應(yīng)用層。為了有效、方便地實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷能力，方案建議將系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷能力構(gòu)建在分布式中間件內(nèi)，通過(guò)使用心跳或者超時(shí)探測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)器。請(qǐng)用300字以內(nèi)的文字分別說(shuō)明心跳檢測(cè)和超時(shí)探測(cè)技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)。

問(wèn)題2（8分）

張工針對(duì)分布式綜合化電子系統(tǒng)的架構(gòu)特征，給出了初步設(shè)計(jì)方案，指出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障監(jiān)測(cè)與診斷器主要負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)中所有的故障信息，并將故障信息進(jìn)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(gè)處理機(jī)器核配置核狀態(tài)監(jiān)控器、給每個(gè)分區(qū)配置分區(qū)狀態(tài)監(jiān)控器、給每個(gè)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。

請(qǐng)根據(jù)下面給出的分布式綜合化電子系統(tǒng)可能產(chǎn)生的故障(a)～(h)，判斷這些故障分別屬于哪類監(jiān)控器檢測(cè)的圍，完善表3-1的(1)～(8)的空白。

(a)應(yīng)用程序除零

(b)看門(mén)狗故障

(c)任務(wù)超時(shí)

(d)網(wǎng)絡(luò)診斷故障

(e)BIT檢測(cè)故障

(f)分區(qū)堆棧溢出

(g)操作系統(tǒng)異常

(h)模塊掉電

表3-1故障分類

問(wèn)題3（9分）

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(shí)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(kù)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(kù)中的策略可以對(duì)故障開(kāi)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(qū)動(dòng)的方法。張工在方案中提出該系統(tǒng)定量分析時(shí)應(yīng)采用基于解析模型的方法。但是此提議受到王工的反對(duì)，王工指出采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法更適合分布式綜合化電子系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。請(qǐng)用300字以內(nèi)的文字，說(shuō)明數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的基本概念，以及王工提出采用此方法的理由。

4.[問(wèn)答][25分]某大型電商平臺(tái)建立了一個(gè)在線B2B商店系統(tǒng)，并在全國(guó)多地建設(shè)了貨物倉(cāng)儲(chǔ)中心，通過(guò)提前備貨的方式來(lái)提高貨物的運(yùn)送效率。但是在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)很多跨倉(cāng)儲(chǔ)中心調(diào)貨從而延誤貨物運(yùn)送的情況。為此，該企業(yè)計(jì)劃新建立一個(gè)全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)貨物管理系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)中心常規(guī)管理功能之外，通過(guò)對(duì)在線B2B商店系統(tǒng)中訂單信息進(jìn)行及時(shí)的分析和挖掘，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)各地倉(cāng)儲(chǔ)中心中各類貨物的配置數(shù)量，從而提高運(yùn)送效率，降低成本。

當(dāng)用戶通過(guò)在線B2B商店系統(tǒng)選購(gòu)貨物時(shí)，全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)貨物管理系統(tǒng)會(huì)通過(guò)該用戶所在地址、商品類別以及倉(cāng)儲(chǔ)中心的貨物信息和地址，實(shí)時(shí)為用戶訂單反饋貨物起運(yùn)地（某倉(cāng)儲(chǔ)中心）并預(yù)測(cè)送達(dá)時(shí)間。反饋送達(dá)時(shí)間的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1秒。

為滿足反饋送達(dá)時(shí)間功能的性能要求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)建議在全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)貨物管理系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)緩存集群的方式，將倉(cāng)儲(chǔ)中心基本信息、商品類別以及庫(kù)存數(shù)量放置在內(nèi)存的緩存中，而倉(cāng)儲(chǔ)中心的其它商品信息則存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

問(wèn)題1(9分)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在討論緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題時(shí)，李工建議采取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步更新方案，而張工則建議采用數(shù)據(jù)異步準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新方案。

請(qǐng)用200字以內(nèi)的文字，簡(jiǎn)要介紹兩種方案的基本思路，說(shuō)明全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)貨物管理系統(tǒng)應(yīng)該采用哪種方案，并說(shuō)明采取該方案的原因。

問(wèn)題2(9分)

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)中心以及商品的數(shù)量日益增加，需要對(duì)集群部署多個(gè)緩存節(jié)點(diǎn)，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(gè)節(jié)點(diǎn)分別存儲(chǔ)，減輕單個(gè)緩存節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)壓力，達(dá)到分流效果。

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(lái)進(jìn)行分片。請(qǐng)用200字以內(nèi)的文字簡(jiǎn)要說(shuō)明兩種算法的基本原理，并說(shuō)明李工采用一致性哈希算法的原因。

問(wèn)題3（7分）

全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)貨物管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成，在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，系統(tǒng)維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)大量黑客故意發(fā)起非法的商品送達(dá)時(shí)間查詢請(qǐng)求，造成了緩存擊穿。張工建議盡快采用布隆過(guò)濾器方法解決。請(qǐng)用200字以內(nèi)的文字解釋布隆過(guò)濾器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

5.[問(wèn)答][25分]某公司擬開(kāi)發(fā)一套基于邊緣計(jì)算的智能門(mén)禁系統(tǒng)，用于如園區(qū)、新零售、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等存在來(lái)訪、被訪業(yè)務(wù)的場(chǎng)景。來(lái)訪者在來(lái)訪前，可以通過(guò)線上提前預(yù)約的方式將自己的個(gè)人信息記錄在后臺(tái)，被訪者在系統(tǒng)中通過(guò)此請(qǐng)求后，來(lái)訪者在到訪時(shí)可以直接通過(guò)"刷臉"的方式通過(guò)門(mén)禁，無(wú)需做其他驗(yàn)證。此外，系統(tǒng)的管理員可對(duì)正在運(yùn)行的門(mén)禁設(shè)備進(jìn)行管理。

基于項(xiàng)目需求，該公司組建項(xiàng)目組，召開(kāi)了項(xiàng)目討論會(huì)。會(huì)上，張工根據(jù)業(yè)務(wù)需求并結(jié)合邊緣計(jì)算的思想，提出本系統(tǒng)可由訪客注冊(cè)模塊、模型訓(xùn)練模塊、端側(cè)識(shí)別模塊與設(shè)備調(diào)度平臺(tái)模塊等四項(xiàng)功能組成。李工從技術(shù)層面提出該系統(tǒng)可廠使用Flask框架與SSM框架為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)發(fā)后臺(tái)服務(wù)器，將開(kāi)發(fā)好的系統(tǒng)通過(guò)Docker進(jìn)行部署，并使用MQTT協(xié)議對(duì)Docker進(jìn)行管理。

問(wèn)題1(5分)

MQTT協(xié)議在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)用300字以內(nèi)的文字簡(jiǎn)要說(shuō)明MQTT協(xié)議。

問(wèn)題2(14分)

在會(huì)議上，張工對(duì)功能模塊進(jìn)行了更進(jìn)一步的說(shuō)明：訪客注冊(cè)模塊用于來(lái)訪者提交申請(qǐng)與被訪者確認(rèn)申請(qǐng)，主要處理提交來(lái)訪申請(qǐng)、來(lái)訪申請(qǐng)審核業(yè)務(wù)，同時(shí)保存訪客數(shù)據(jù)，為訓(xùn)練模塊準(zhǔn)備訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；模型訓(xùn)練模塊用于使用訪客數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，為端側(cè)設(shè)備的識(shí)別提供模型基礎(chǔ)；端側(cè)識(shí)別模塊在邊緣門(mén)禁設(shè)備上運(yùn)行，使用訓(xùn)練好的模型來(lái)識(shí)別來(lái)訪人員，與云端服務(wù)協(xié)作完成訪客來(lái)訪的完整業(yè)務(wù)；設(shè)備調(diào)度平臺(tái)模塊用于對(duì)邊緣門(mén)禁設(shè)備進(jìn)