2024年上半年 系统架构设计师 - 案例分析
来源：网友回忆版（2024年5月考试） 考试时间：2024年5月25日 题型：必答1题 + 选答2题（共5题选3）
试题内容
试题一（必答，25分）：软件架构设计与评估
背景描述
某公司开发一个在线大模型训练平台，支持Python代码编写、模型训练和部署，用户通过Python编写模型代码，将代码交给系统进行模型代码的解析，最终由系统匹配相应的计算机资源进行输出，用户不需要关心底层硬件平台。公司的系统架构师李工提出，该平台适合用解释器风格架构。
系统需求描述如下：
- a. 系统发生错误时，异常请求不影响用户正常工作，并发送一个消息通知系统管理员。
- b. 平台应保护用户隐私，防止未授权访问。
- c. 系统界面能调整屏幕，适配用户提供的屏幕尺寸比例。
- d. 用户提交训练任务时应该在一分钟内提供硬件和资源，启动训练。
- e. 支持远程修改，供远程用户进行连接操作，仅提供给系统注册用户使用。
- f. 在训练时，应对请求5秒内提供队列信息。
- g. 支持多语音界面，操作指南和文档。
- h. 发生故障时应在15秒内定位故障、解决故障。
- i. 系统发生故障时，要能提供操作日志。
- j. 具备扩展能力，能够3天内完成新功能部署。
- k. 数据库发生故障后，自动切换到备用数据库，保证训练不中断。
- l. 符合用户习惯的默认快捷键设置。
问题1（12分）
分析题干中(a)~(l)各需求对应的质量属性（性能、可用性、安全性、可修改性、易用性等）。
参考答案
- a → 可用性（容错/异常隔离）
- b → 安全性
- c → 易用性
- d → 性能
- e → 安全性/可用性
- f → 性能
- g → 易用性
- h → 可用性（可维护性）
- i → 可用性（可维护性）
- j → 可修改性
- k → 可用性
- l → 易用性
问题2（6分）
补充完整解释器风格架构图。
参考答案
解释器风格架构图包含以下组件：
- 控制组件（解释引擎）：负责解析和执行用户定义的指令
- 内存/状态：记录解释引擎当前工作状态的数据结构
- 用户界面：用户交互界面
- 被解释的程序/规则：用户提交的Python代码
问题3（7分）
请解释为什么该模型平台适合解释器风格。
参考答案
该平台适合解释器风格，原因如下：
- 核心需求匹配：平台的核心功能是接收用户Python代码，解析并执行，这正好是解释器风格的典型应用场景
- 灵活性：解释器风格允许用户自定义训练代码，不需要修改平台本身
- 可扩展性：新增算法或模型只需编写新的代码，无需修改解释引擎
- 动态性：训练任务的参数和逻辑可动态变化，解释器风格天然支持
- 与底层解耦：用户不关心底层硬件，解释器可以屏蔽底层差异
试题二（选答，25分）：医药领域智能问答系统（知识图谱+爬虫）
背景描述
某医院欲建设一个智能问答系统，建立医院知识图谱。互联网关键字检索无法满足需求，建议采用爬虫技术构建知识图谱。
问题1（10分）
完善基于知识图谱的医药领域智能问答系统架构图。
参考答案
三层架构：
- 数据层：源数据、数据清洗、知识抽取
- 知识层：知识存储（图数据库）、知识融合、知识推理
- 应用层：问答接口、语义解析、答案生成
问题2（6分）
完善Scrapy框架架构图内容，用200字以内文字简要说明什么是异步I/O。
参考答案
Scrapy框架核心组件：
- Scrapy引擎（Scrapy Engine）：框架核心，控制数据流
- 调度器（Scheduler）：接收引擎请求，入队等待下载
- 下载器（Downloader）：下载网页内容
- 爬虫（Spider）：解析下载内容，提取数据
- 实体管道（Item Pipeline）：处理提取的数据
异步I/O：异步I/O是一种非阻塞的输入输出操作方式。当发起I/O操作后，程序不需要等待操作完成即可继续执行其他任务，当I/O操作完成后通过回调或事件通知程序。这种机制可以大幅提高I/O密集型应用的并发处理能力。
问题3（9分）
医药领域知识图谱应采用何种方式进行知识存储，并说明原因。
参考答案
推荐采用图数据库（如Neo4j、Nebula Graph）进行存储，原因：
- 关系表达能力强：医药领域实体关系复杂（药物-疾病-症状-基因等），图数据库天然适合
- 查询效率高：多跳关系查询性能远优于关系型数据库
- 扩展性好：可随数据量增长弹性扩展
- 直观：实体和关系直接映射为节点和边
试题三（选答，25分）：分布式锁与Redis
背景描述
关于数据库分布式锁的应用场景。
问题1（9分）
使用基于数据库的分布式锁所存在的缺陷。
参考答案
- 性能瓶颈：数据库锁操作涉及磁盘I/O，在高并发场景下性能较差
- 死锁风险：获取锁后进程崩溃未释放，导致锁永远被占用
- 不可重入：同一线程无法多次获取同一把锁
- 阻塞等待：获取锁失败时只能阻塞或轮询，浪费资源
- 单点故障：数据库本身故障导致锁服务不可用
- 锁粒度问题：锁粒度过大影响并发，过小增加管理复杂度
问题2（6分）
Redis的几种操作命令。
参考答案
常用Redis命令：
- 写入：SET key value / ZADD
- 查询：GET key / ZSCORE / ZRANGE / ZCARD
- 删除：DEL key
- 分布式锁：SET key value NX PX（加锁）/ Lua脚本（解锁）
问题3（10分）
基于Redis的分布式锁死锁场景举例，以及其他分布式锁类型。
参考答案
死锁场景：
- 线程A获取锁后发生异常或超时未释放锁，线程B永远等待
- 客户端A和客户端B交替尝试获取对方的锁，形成循环等待
其他分布式锁类型：
- ZooKeeper分布式锁：基于临时顺序节点实现
- etcd分布式锁：基于租约(Lease)和Revision机制
- Memcached分布式锁：基于CAS（Compare And Set）
- Redis RedLock：多节点Redis实现的分布式锁
- 数据库乐观锁：基于版本号机制
试题四（选答，25分）：嵌入式系统
背景描述
嵌入式系统相关架构设计（回忆不完整）。
试题五（选答，25分）：Web架构（数据库类型选择）
背景描述
Web系统架构设计，涉及数据库类型选择。
问题1（11分）
从接口层、处理层、数据层中选择填入MySQL、HDFS、HBase、ES。
参考答案
- 接口层：负责接收请求
- 处理层：业务逻辑处理
- 数据层：MySQL（关系型数据）、HBase（海量数据）、ES（全文检索）、HDFS（文件存储）
问题2（10分）
MongoDB特点。
参考答案
- 文档存储：使用BSON格式存储非结构化数据
- Schema-free：无固定表结构，灵活支持不同格式
- 高性能：内存映射文件，支持索引
- 高可用：支持副本集和分片集群
- 丰富的查询：支持聚合管道、MapReduce
问题3（4分）
冷热数据分级存储的原因。
参考答案
- 成本优化：热数据用SSD，冷数据用HDD/磁带
- 性能保障：将有限的存储资源集中用于高频访问数据
- 访问模式差异：热数据需要低延迟，冷数据可以批量处理
论文题目（4选1）
- 论Lambda架构的应用 — 大数据处理
- 论模型驱动架构设计方法及其应用
- 论单元测试方法及运用
- 论云上自动化运维及其应用
考点映射
- 架构风格：解释器风格、管道-过滤器、数据仓库
- 质量属性：性能、可用性、安全性、可修改性、易用性
- 架构评估：ATAM、效用树、质量属性场景六元素
- 知识图谱：图数据库、Scrapy爬虫框架、异步I/O
- 分布式系统：分布式锁、Redis、ZooKeeper
- 数据库：MongoDB、冷热数据分离、读写分离
- 嵌入式系统：实时架构
- Web架构：分层架构、NoSQL