計算機2025年系統(tǒng)架構(gòu)模擬題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項不屬于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的基本原則？A.抽象(Abstraction)B.分離(Separation)C.封裝(Encapsulation)D.頻繁變更(FrequentChange)2.在系統(tǒng)架構(gòu)中，微服務(wù)架構(gòu)通常最適合哪種類型的系統(tǒng)？A.功能單一、規(guī)模較小的單體應(yīng)用B.需要高度一致性、低延遲的實時交易系統(tǒng)C.需要頻繁進行重大業(yè)務(wù)變更、團隊可以獨立開發(fā)部署的系統(tǒng)D.對安全性要求極高、訪問量極低的內(nèi)部工具系統(tǒng)3.下列關(guān)于CPU緩存的描述，錯誤的是？A.Cache的訪問速度遠快于主存，但容量較小B.Cache通過硬件機制自動管理，程序員通常無法干預(yù)C.Cache的命中率越高，系統(tǒng)整體性能通常越好D.L1Cache比L2Cache離CPU核心更遠，訪問速度更快4.下列哪種存儲技術(shù)主要通過增加多個磁盤并行讀寫來提高性能和可靠性？A.RAID1(鏡像)B.RAID5(帶奇偶校驗的條帶化)C.RAID10(鏡像條帶化)D.JBOD(簡單外部盤組)5.根據(jù)CAP理論，一個分布式系統(tǒng)在面臨網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時，通常無法同時保證以下哪兩項？A.一致性(Consistency)和可用性(Availability)B.可用性(Availability)和分區(qū)容錯性(PartitionTolerance)C.一致性(Consistency)和分區(qū)容錯性(PartitionTolerance)D.一致性(Consistency)和分區(qū)容錯性(PartitionTolerance)以及可用性(Availability)6.下列哪種技術(shù)允許開發(fā)者在無需管理服務(wù)器的情況下，按需請求和釋放計算資源？A.虛擬機(VirtualMachine)B.容器(Container)C.云計算(CloudComputing)D.無服務(wù)器計算(ServerlessComputing)7.在設(shè)計高可用系統(tǒng)時，負(fù)載均衡器的主要作用是？A.增加系統(tǒng)存儲容量B.統(tǒng)一管理外部訪問請求，并將請求分發(fā)到后端服務(wù)器C.自動修復(fù)系統(tǒng)中的故障節(jié)點D.加密數(shù)據(jù)傳輸8.下列哪種系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核提供給用戶程序，用于請求操作系統(tǒng)服務(wù)的主要機制？A.API調(diào)用(ApplicationProgrammingInterface)B.系統(tǒng)調(diào)用接口(SystemCallInterface)C.中斷(Interrupt)D.共享庫函數(shù)(SharedLibraryFunction)9.傳統(tǒng)的集中式文件系統(tǒng)通常面臨性能瓶頸的主要原因是？A.磁盤I/O速度限制B.網(wǎng)絡(luò)帶寬限制C.單點故障風(fēng)險D.文件元數(shù)據(jù)管理復(fù)雜10.在系統(tǒng)設(shè)計中，CAP定理提醒設(shè)計者，在面臨網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時，必須做出權(quán)衡。如果選擇優(yōu)先保證系統(tǒng)的可用性，通常需要在數(shù)據(jù)一致性和分區(qū)容錯性之間進行取舍。這種權(quán)衡通常意味著？A.系統(tǒng)在分區(qū)時會自動丟棄部分?jǐn)?shù)據(jù)以保證可用B.系統(tǒng)會放棄強一致性，采用最終一致性或因果一致性C.系統(tǒng)需要依賴額外的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來克服分區(qū)問題D.系統(tǒng)會將所有計算任務(wù)轉(zhuǎn)移到可用節(jié)點上二、填空題1.在分層架構(gòu)中，通常將用戶界面、應(yīng)用邏輯、數(shù)據(jù)訪問等職責(zé)劃分到不同的層次，這種設(shè)計思想體現(xiàn)了架構(gòu)設(shè)計中的_________原則。2.虛擬化技術(shù)通過軟件模擬硬件，為上層應(yīng)用提供了一個_________的運行環(huán)境。3.分布式系統(tǒng)為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性，常采用諸如_________、Paxos等一致性協(xié)議。4.在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，為了提高查詢性能，常通過建立_________來加速特定字段的查找。5.系統(tǒng)的可伸縮性（Scalability）通常指系統(tǒng)在負(fù)載增加時，能夠通過增加資源來維持或提升性能的能力，主要分為_________擴展和_________擴展。6.網(wǎng)絡(luò)七層模型中，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)加密解密、身份認(rèn)證等安全功能的層是_________層。7.在微服務(wù)架構(gòu)中，服務(wù)之間的通信通常有同步調(diào)用（如RESTAPI、RPC）和異步消息（如消息隊列）兩種主要方式。8.操作系統(tǒng)通過_________來管理內(nèi)存資源，為每個進程分配所需的內(nèi)存空間。9.RAID0通過將數(shù)據(jù)條帶化分布到多個磁盤來提高_________，但不提供數(shù)據(jù)冗余。10.為了減少網(wǎng)絡(luò)延遲，現(xiàn)代計算架構(gòu)中常采用_________架構(gòu)，將計算和數(shù)據(jù)存儲單元更靠近用戶或數(shù)據(jù)源。三、簡答題1.簡述“高內(nèi)聚、低耦合”作為軟件設(shè)計原則，在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中的意義。2.解釋什么是“分布式事務(wù)”，并簡述處理分布式事務(wù)的常見挑戰(zhàn)。3.比較虛擬機（VM）和容器（Container）在系統(tǒng)資源開銷、啟動速度、環(huán)境一致性等方面的主要區(qū)別。四、綜合題1.假設(shè)你需要為一個高并發(fā)的電商商品詳情頁設(shè)計一個后端系統(tǒng)架構(gòu)。請簡述該系統(tǒng)需要考慮的關(guān)鍵架構(gòu)設(shè)計點（至少包含：數(shù)據(jù)存儲、負(fù)載均衡、服務(wù)拆分、緩存策略、高可用性等方面），并說明選擇相應(yīng)設(shè)計方案的考慮。2.描述一下操作系統(tǒng)在進程創(chuàng)建過程中涉及的關(guān)鍵步驟（至少包含：申請資源、分配內(nèi)存、創(chuàng)建進程控制塊PCB、加載程序等）。并說明在進程運行過程中，操作系統(tǒng)如何進行進程調(diào)度（簡述一種調(diào)度算法即可）。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.D4.B5.A6.D7.B8.B9.B10.B二、填空題1.分離2.受保護/隔離3.Raft(或Paxos，兩者皆可)4.索引5.垂直/水平(或硬件/軟件)6.應(yīng)用7.服務(wù)發(fā)現(xiàn)(或API網(wǎng)關(guān)，作為補充)8.內(nèi)存管理器(或內(nèi)存分配器)9.I/O性能(或讀寫性能)10.邊緣計算(或數(shù)據(jù)中心/近場計算，只要意思合理)三、簡答題1.解析思路：首先解釋內(nèi)聚（Cohesion）指模塊內(nèi)部元素關(guān)聯(lián)的緊密程度，低內(nèi)聚意味著模塊功能混雜；然后解釋耦合（Coupling）指模塊之間的依賴程度，低耦合意味著模塊獨立性高。闡述高內(nèi)聚、低耦合的好處：高內(nèi)聚使模塊功能單一、易于理解、易于修改和測試；低耦合使模塊間依賴關(guān)系弱，修改一個模塊對其他模塊影響小，系統(tǒng)更易于維護、擴展和重用。這有助于構(gòu)建模塊化、靈活、可維護的系統(tǒng)架構(gòu)。2.解析思路：首先定義分布式事務(wù)：涉及多個獨立分布式系統(tǒng)（或數(shù)據(jù)庫）的、需要保證原子性（整個事務(wù)成功或全部失敗）的操作序列。接著闡述挑戰(zhàn)：主要在于如何跨越多個節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)，保證事務(wù)的ACID屬性（尤其是原子性和一致性），這通常需要復(fù)雜的協(xié)調(diào)機制（如兩階段提交），面臨網(wǎng)絡(luò)延遲、節(jié)點故障、消息丟失、時鐘偏差等問題。3.解析思路：對比VM和Container的關(guān)鍵點：*資源開銷：VM模擬完整的硬件層，資源開銷大；Container共享宿主機內(nèi)核，只包含應(yīng)用和運行時，開銷小。*啟動速度：VM啟動慢（需加載完整操作系統(tǒng)）；Container啟動快（只需加載應(yīng)用和少量系統(tǒng)庫）。*環(huán)境一致性：VM在不同宿主機上可能存在環(huán)境差異（GuestOS）；Container提供強隔離，確保應(yīng)用在不同環(huán)境中行為一致（"一次構(gòu)建，到處運行"）。*系統(tǒng)兼容性：VM對宿主機硬件和操作系統(tǒng)版本要求不高；Container需要與宿主機內(nèi)核兼容。四、綜合題1.解析思路：*關(guān)鍵架構(gòu)點與設(shè)計考慮：*數(shù)據(jù)存儲：需要支持高并發(fā)讀?？刹捎梅植际綌?shù)據(jù)庫（如NoSQL）或緩存+數(shù)據(jù)庫組合?？紤]讀寫分離、分片（Sharding）。選擇考慮：讀多寫少特性、QPS要求、數(shù)據(jù)一致性需求。*負(fù)載均衡：在網(wǎng)關(guān)層或各服務(wù)層前使用負(fù)載均衡器（如Nginx,HAProxy,云廠商負(fù)載均衡服務(wù)）分發(fā)請求。選擇考慮：高可用、彈性伸縮、協(xié)議支持。*服務(wù)拆分：將商品詳情頁相關(guān)功能（如獲取商品信息、用戶評論、相關(guān)推薦）拆分成獨立服務(wù)（微服務(wù)）。選擇考慮：團隊獨立開發(fā)部署、技術(shù)異構(gòu)、故障隔離。*緩存策略：對商品信息、熱點商品詳情、用戶會話信息等使用緩存（如Redis）?？稍O(shè)置多級緩存（內(nèi)存緩存+分布式緩存）。選擇考慮：減少數(shù)據(jù)庫壓力、提升響應(yīng)速度、緩存一致性維護。*高可用性：關(guān)鍵服務(wù)部署多份實例，使用熔斷、降級、限流保護。數(shù)據(jù)庫需做主從復(fù)制或集群。選擇考慮：業(yè)務(wù)連續(xù)性要求、容錯能力。2.解析思路：*進程創(chuàng)建步驟：1.申請資源：新進程向操作系統(tǒng)內(nèi)核申請運行所需的基本資源（如PID、內(nèi)存地址空間、打開的文件描述符等）。2.分配內(nèi)存：操作系統(tǒng)為進程分配其在內(nèi)存中運行所需的連續(xù)或非連續(xù)地址空間。3.創(chuàng)建進程控制塊PCB：操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個PCB（ProcessControlBlock），記錄進程的所有管理信息（狀態(tài)、優(yōu)先級、地址空間、打開文件、資源使用情況等），PCB是進程存在的唯一標(biāo)識。4.加載程序：將進程的程序代碼和初始數(shù)據(jù)從磁盤加載到分配的內(nèi)存地址空間中。5.設(shè)置現(xiàn)場：將PCB放入就緒隊列，并設(shè)置必要的現(xiàn)場信息（如程序計數(shù)器），準(zhǔn)備調(diào)度執(zhí)行。*進程調(diào)度算法（示例：輪轉(zhuǎn)調(diào)度RoundRobin）：1.當(dāng)有多個就