2025年系統(tǒng)與設(shè)計(jì)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪項(xiàng)不屬于系統(tǒng)工程的核心原則？A.整體性設(shè)計(jì)B.需求驅(qū)動開發(fā)C.局部優(yōu)化優(yōu)先D.全生命周期管理答案：C2.在需求分析中，“用戶希望系統(tǒng)能在3秒內(nèi)完成訂單支付”屬于哪種類型的需求？A.功能需求B.性能需求C.安全需求D.可維護(hù)需求答案：B3.某電商系統(tǒng)需要支持大促期間的高并發(fā)下單，其架構(gòu)設(shè)計(jì)中采用“讀寫分離+數(shù)據(jù)庫分片”策略，這主要體現(xiàn)了哪種設(shè)計(jì)模式？A.分層架構(gòu)B.事件驅(qū)動C.分布式系統(tǒng)D.緩存旁路答案：C4.衡量系統(tǒng)可靠性的常用指標(biāo)MTBF（平均無故障時間）與MTTR（平均修復(fù)時間）的關(guān)系是？A.可靠性=MTBF/(MTBF+MTTR)B.可靠性=MTTR/(MTBF+MTTR)C.可靠性=MTBF×MTTRD.可靠性=MTBF-MTTR答案：A5.敏捷開發(fā)中，“每日站會”的核心目的是？A.詳細(xì)討論技術(shù)難點(diǎn)B.同步進(jìn)度與識別障礙C.評審代碼質(zhì)量D.制定長期計(jì)劃答案：B6.在UML建模中，用于描述系統(tǒng)動態(tài)行為、展示對象間消息傳遞的圖是？A.類圖B.用例圖C.序列圖D.狀態(tài)圖答案：C7.某系統(tǒng)上線后出現(xiàn)接口響應(yīng)延遲，通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫CPU利用率持續(xù)90%，但內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)正常，最可能的瓶頸是？A.SQL查詢效率低B.緩存未命中C.網(wǎng)絡(luò)帶寬不足D.服務(wù)器硬件老化答案：A8.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，若一個表存在“學(xué)生姓名→學(xué)生專業(yè)”“學(xué)生專業(yè)→學(xué)院名稱”的函數(shù)依賴，則該表最多滿足？A.第一范式（1NF）B.第二范式（2NF）C.第三范式（3NF）D.巴斯-科德范式（BCNF）答案：B9.以下哪種措施不屬于系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的“最小權(quán)限原則”應(yīng)用？A.管理員賬戶僅在必要時使用B.普通用戶只能訪問自己的文件C.數(shù)據(jù)庫只讀用戶無刪除權(quán)限D(zhuǎn).所有用戶默認(rèn)擁有系統(tǒng)日志查看權(quán)答案：D10.為提升系統(tǒng)可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)時采用“插件化架構(gòu)”，其核心思想是？A.減少模塊間耦合B.提高代碼復(fù)用率C.增強(qiáng)容錯能力D.降低開發(fā)成本答案：A二、簡答題（每題6分，共60分）1.簡述系統(tǒng)需求分析中“功能性需求”與“非功能性需求”的區(qū)別，并各舉一例。答案：功能性需求描述系統(tǒng)“必須做什么”，即具體的功能特性（如“用戶可在線預(yù)約掛號”）；非功能性需求描述系統(tǒng)“如何做好”，涉及性能、安全、可靠性等質(zhì)量屬性（如“預(yù)約接口響應(yīng)時間≤2秒”）。二者共同定義系統(tǒng)完整目標(biāo)，功能需求是核心能力，非功能需求是約束條件。2.模塊化設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢有哪些？在實(shí)際開發(fā)中如何劃分模塊邊界？答案：優(yōu)勢包括降低復(fù)雜度（分而治之）、提高可維護(hù)性（獨(dú)立修改）、支持并行開發(fā)（模塊解耦）、增強(qiáng)復(fù)用性（通用模塊重用）。模塊邊界劃分需依據(jù)高內(nèi)聚低耦合原則：功能相關(guān)性高的操作歸為同一模塊（內(nèi)聚），模塊間僅通過定義清晰的接口交互（低耦合），可結(jié)合用例場景、業(yè)務(wù)流程或領(lǐng)域模型輔助劃分。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為何需要進(jìn)行“權(quán)衡分析”？常見的權(quán)衡維度有哪些？答案：由于資源（時間、成本、性能）有限，設(shè)計(jì)決策常存在沖突（如性能與安全性、功能豐富度與復(fù)雜度），需通過權(quán)衡選擇最優(yōu)方案滿足核心目標(biāo)。常見維度包括：性能與成本（高性能硬件vs算法優(yōu)化）、安全性與易用性（強(qiáng)認(rèn)證vs用戶體驗(yàn)）、可擴(kuò)展性與開發(fā)周期（預(yù)留擴(kuò)展接口vs快速上線）、可靠性與維護(hù)成本（冗余設(shè)計(jì)vs運(yùn)維復(fù)雜度》。4.容錯設(shè)計(jì)的常用方法有哪些？請舉例說明“失效轉(zhuǎn)移”機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式。答案：常用方法包括冗余設(shè)計(jì)（硬件/數(shù)據(jù)/服務(wù)冗余）、錯誤檢測（校驗(yàn)碼、心跳檢測）、自動恢復(fù)（重試、回滾）、降級處理（功能簡化）。失效轉(zhuǎn)移機(jī)制例如：分布式系統(tǒng)中主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時，監(jiān)控模塊檢測到心跳中斷，觸發(fā)從節(jié)點(diǎn)接管服務(wù)，通過同步日志或共享存儲保證狀態(tài)一致，用戶無感知切換。5.微服務(wù)架構(gòu)與單體架構(gòu)的主要差異是什么？微服務(wù)適用的典型場景有哪些？答案：差異：單體架構(gòu)是單一可部署單元（所有功能打包），耦合度高、擴(kuò)展性差；微服務(wù)將系統(tǒng)拆分為獨(dú)立部署的小服務(wù)（單一職責(zé)），通過輕量級通信（如HTTP/REST）交互，耦合低、擴(kuò)展性強(qiáng)。適用場景：業(yè)務(wù)復(fù)雜且需快速迭代（如電商平臺）、各模塊發(fā)展速度不均（如社交系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)布與消息推送）、需要技術(shù)異構(gòu)（不同服務(wù)用不同語言實(shí)現(xiàn)）。6.UML用例圖的主要組成元素有哪些？請用簡單圖示說明“用戶登錄”場景的用例關(guān)系。答案：元素包括參與者（Actor）、用例（UseCase）、關(guān)系（包含Include、擴(kuò)展Extend、泛化Generalization）?！坝脩舻卿洝眻鼍爸校瑓⑴c者是“用戶”；主用例是“登錄系統(tǒng)”；可能包含“輸入賬號密碼”（Include），擴(kuò)展用例如“忘記密碼”（Extend，可選流程）。7.性能測試的主要指標(biāo)有哪些？在電商大促前，如何設(shè)計(jì)性能測試方案以驗(yàn)證系統(tǒng)容量？答案：指標(biāo)包括響應(yīng)時間、吞吐量（TPS/QPS）、并發(fā)用戶數(shù)、資源利用率（CPU/內(nèi)存/IO）、錯誤率。測試方案設(shè)計(jì)：①確定目標(biāo)（如支持10萬并發(fā)下單）；②模擬真實(shí)場景（用戶行為路徑、地域分布）；③逐步加壓（從低到高，觀察瓶頸點(diǎn)）；④監(jiān)控關(guān)鍵指標(biāo)（數(shù)據(jù)庫連接數(shù)、緩存命中率）；⑤驗(yàn)證降級策略（如流量超出時的限流措施）；⑥記錄瓶頸點(diǎn)并優(yōu)化后重復(fù)測試，直至達(dá)標(biāo)。8.數(shù)據(jù)庫事務(wù)的ACID特性分別指什么？舉例說明“隔離性”被破壞時可能導(dǎo)致的問題。答案：ACID：原子性（Atomicity，事務(wù)要么全做要么全不做）、一致性（Consistency，事務(wù)前后數(shù)據(jù)狀態(tài)合法）、隔離性（Isolation，事務(wù)間互不干擾）、持久性（Durability，提交后數(shù)據(jù)永久保存）。隔離性破壞示例：兩個事務(wù)同時修改同一訂單的庫存，若未加鎖，可能出現(xiàn)“丟失更新”（事務(wù)A讀取庫存10，事務(wù)B也讀取10，A減1后保存為9，B減1后也保存為9，實(shí)際應(yīng)剩8）。9.身份認(rèn)證（Authentication）與授權(quán)（Authorization）的區(qū)別是什么？設(shè)計(jì)一個包含兩者的典型流程。答案：認(rèn)證是驗(yàn)證“你是誰”（如密碼、指紋），授權(quán)是確定“你能做什么”（如管理員可刪除數(shù)據(jù)，普通用戶僅可讀）。典型流程：用戶輸入賬號密碼（認(rèn)證）→系統(tǒng)驗(yàn)證通過后提供令牌（JWT）→用戶訪問“刪除接口”時，系統(tǒng)檢查令牌中的角色（如“admin”）是否具備刪除權(quán)限（授權(quán)）→允許或拒絕請求。10.影響系統(tǒng)可維護(hù)性的主要因素有哪些？在設(shè)計(jì)階段可采取哪些措施提升可維護(hù)性？答案：因素包括代碼質(zhì)量（可讀性、注釋）、架構(gòu)設(shè)計(jì)（模塊化、低耦合）、文檔完整性（需求/設(shè)計(jì)/維護(hù)文檔）、錯誤處理機(jī)制（日志記錄、問題定位）。設(shè)計(jì)階段措施：①遵循設(shè)計(jì)模式（如MVC分離職責(zé)）；②制定代碼規(guī)范（統(tǒng)一命名、注釋要求）；③預(yù)留擴(kuò)展接口（如插件機(jī)制）；④設(shè)計(jì)清晰的日志體系（關(guān)鍵操作留痕）；⑤編寫詳細(xì)的技術(shù)文檔（包括接口說明、依賴關(guān)系）。三、分析題（每題10分，共30分）1.某智能物流系統(tǒng)的需求文檔中存在以下沖突：業(yè)務(wù)部門要求“訂單處理耗時≤10秒”（性能需求），而安全部門要求“所有訂單需通過三重加密校驗(yàn)”（安全需求）。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，你會如何協(xié)調(diào)這兩個需求？請?zhí)岢鼍唧w解決方案。答案：首先分析沖突根源：加密校驗(yàn)增加計(jì)算耗時，可能影響性能。協(xié)調(diào)步驟：①量化影響：測試當(dāng)前加密算法（如AES-XX）的處理時間，評估是否超出10秒閾值；②優(yōu)化安全措施：若加密是瓶頸，可采用更輕量級的加密方式（如AES-128替代AES-256），或?qū)Ψ敲舾凶侄危ㄈ缬唵翁枺┖喕用?；③并行處理：將加密校?yàn)與其他不依賴結(jié)果的操作（如訂單路由）并行執(zhí)行；④緩存機(jī)制：對重復(fù)訂單（如同一用戶短時間內(nèi)重復(fù)提交）緩存已加密結(jié)果，避免重復(fù)計(jì)算；⑤監(jiān)控驗(yàn)證：部署后持續(xù)監(jiān)控訂單處理耗時與加密耗時占比，若仍不達(dá)標(biāo)，考慮硬件加速（如專用加密芯片）或算法優(yōu)化（如預(yù)處理部分?jǐn)?shù)據(jù)）。最終目標(biāo)是在滿足安全基線的前提下，通過技術(shù)手段將總耗時控制在10秒內(nèi)。2.某在線教育平臺預(yù)計(jì)上線“萬人同時在線直播課”功能，需應(yīng)對高并發(fā)場景（如峰值10萬用戶）。請從架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)選型、性能優(yōu)化三個方面，分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)。答案：架構(gòu)設(shè)計(jì)：采用分布式架構(gòu)，前端通過CDN分發(fā)靜態(tài)資源（如直播流），后端拆分為直播服務(wù)（推流/拉流）、互動服務(wù)（聊天/提問）、鑒權(quán)服務(wù)（用戶登錄），各服務(wù)獨(dú)立部署；使用負(fù)載均衡（如Nginx）分流請求，避免單點(diǎn)故障。關(guān)鍵技術(shù)選型：直播流采用RTMP或HLS協(xié)議（低延遲），消息隊(duì)列（如Kafka）處理高并發(fā)互動消息（削峰填谷），數(shù)據(jù)庫使用分布式存儲（如TiDB）支持海量用戶數(shù)據(jù)，緩存（Redis）存儲在線用戶狀態(tài)（減少數(shù)據(jù)庫壓力）。性能優(yōu)化：①邊緣計(jì)算：在用戶集中區(qū)域部署邊緣節(jié)點(diǎn)，就近分發(fā)直播流；②動態(tài)碼率調(diào)整：根據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)狀況自動切換高清/標(biāo)清流；③異步處理：用戶提問先寫入消息隊(duì)列，再異步寫入數(shù)據(jù)庫；④限流降級：當(dāng)并發(fā)超限時，限制新用戶進(jìn)入（如排隊(duì)機(jī)制），保證已在線用戶體驗(yàn)。3.醫(yī)療信息系統(tǒng)需存儲患者電子病歷（包含姓名、診斷結(jié)果、用藥記錄等敏感信息），同時需支持醫(yī)生、護(hù)士、管理員等不同角色的訪問。請分析該系統(tǒng)面臨的主要安全性挑戰(zhàn)，并提出對應(yīng)的設(shè)計(jì)措施。答案：挑戰(zhàn)及措施：①數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險（病歷敏感）：采用加密存儲（如AES加密病歷內(nèi)容），傳輸過程使用HTTPS/TLS加密，關(guān)鍵字段（如身份證號）脫敏處理（顯示部分字符）。②越權(quán)訪問（多角色需求）：基于RBAC（角色權(quán)限控制）設(shè)計(jì)，醫(yī)生可讀寫本人患者病歷，護(hù)士僅可讀，管理員可管理賬戶但不可查看病歷內(nèi)容；實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度權(quán)限（如“查看”“修改”“導(dǎo)出”不同操作權(quán)限）。③數(shù)據(jù)篡改風(fēng)險（影響診療）：對病歷修改操作留痕（記錄修改人、時間、前后內(nèi)容），采用區(qū)塊鏈技術(shù)存儲操作日志（防篡改）；重要修改需二次確認(rèn)（如主任醫(yī)師審批）。④外部攻擊（如SQL注入、XSS）：使用ORM框架防止SQL注入，前端輸入校驗(yàn)（限制特殊字符），后端接口鑒權(quán)（JWT令牌+時效性驗(yàn)證）；定期進(jìn)行滲透測試，修復(fù)安全漏洞。四、設(shè)計(jì)題（40分）請?jiān)O(shè)計(jì)一個“社區(qū)智慧養(yǎng)老系統(tǒng)”，要求覆蓋以下內(nèi)容：（1）核心需求分析（至少5項(xiàng)）；（2）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（畫出分層架構(gòu)圖并說明各層功能）；（3）關(guān)鍵技術(shù)選型（至少3項(xiàng)，需說明選擇理由）；（4）數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)（以“老人跌倒自動報警”場景為例，描述數(shù)據(jù)流動過程）；（5）安全性設(shè)計(jì)要點(diǎn)（至少3項(xiàng)）。答案：（1）核心需求分析：①健康監(jiān)測：支持智能手環(huán)/手表實(shí)時采集老人心率、血壓、體溫等生理數(shù)據(jù)，異常時預(yù)警；②緊急求助：老人通過一鍵呼叫按鈕或跌倒檢測觸發(fā)報警，系統(tǒng)自動通知家屬、社區(qū)工作人員；③生活服務(wù)：集成家政預(yù)約、藥品配送、餐飲訂購等功能，支持老人或家屬在線下單；④遠(yuǎn)程看護(hù)：家屬可通過APP查看老人實(shí)時位置（基于GPS/藍(lán)牙）、歷史活動軌跡；⑤健康管理：系統(tǒng)自動提供健康報告（如周/月心率趨勢），推送至家屬和簽約醫(yī)生。（2）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（分層說明）：采用五層架構(gòu)：①感知層：部署智能設(shè)備（手環(huán)、跌倒傳感器、門磁）、通信模塊（NB-IoT/4G），負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與上傳；②網(wǎng)絡(luò)層：包括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（匯聚設(shè)備數(shù)據(jù)）、CDN（加速視頻流傳輸）、云服務(wù)器（阿里云/華為云），實(shí)現(xiàn)設(shè)備與平臺通信；③平臺層：包含數(shù)據(jù)處理引擎（實(shí)時計(jì)算老人健康指標(biāo)是否異常）、AI模塊（跌倒檢測算法）、服務(wù)總線（對接第三方服務(wù)如家政平臺）；④應(yīng)用層：提供Web管理端（社區(qū)工作人員使用）、APP（老人/家屬/醫(yī)生使用），功能包括報警處理、服務(wù)下單、健康查看；⑤用戶層：覆蓋老人、家屬、社區(qū)工作人員、簽約醫(yī)生四類角色，滿足不同使用需求。（3）關(guān)鍵技術(shù)選型：①物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議：選擇MQTT（消息隊(duì)列遙測傳輸），因其輕量級、低帶寬消耗，適合智能設(shè)備高頻小數(shù)據(jù)量上傳（如手環(huán)每5秒傳一次心率）；②數(shù)據(jù)庫：時序數(shù)據(jù)庫InfluxDB，專門優(yōu)化時間序列數(shù)據(jù)存儲（如老人24小時心率變化），支持高效查詢與聚合；③跌倒檢測算法：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的隨機(jī)森林模型，輸入加速度計(jì)、陀螺儀數(shù)據(jù)（X/Y/Z軸加速度變化），訓(xùn)練后識別跌倒動作（準(zhǔn)確率>95%），相比傳統(tǒng)閾值法（易誤報）更精準(zhǔn)。（4）“老人跌倒自動報警”數(shù)據(jù)流程：①感知層：老人佩戴的跌倒傳感器（內(nèi)置加速度計(jì)）以100Hz采樣率采集三軸加速度數(shù)據(jù)，通過BLE（藍(lán)牙）傳輸至網(wǎng)關(guān)；②網(wǎng)絡(luò)層/平臺層①：網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳至云服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理引擎調(diào)用跌倒檢測模型分析（判斷是否符合跌倒特征：加速度驟增→驟降→靜止）；③平臺層②：若判定為跌倒（置信度>90%），觸發(fā)報警邏輯：從數(shù)據(jù)庫獲取老人關(guān)聯(lián)信息（家屬電話、社區(qū)聯(lián)系人）；④應(yīng)用層：向家屬APP推送通知（彈窗+短信），向社區(qū)管理端發(fā)送預(yù)警（高亮顯示老人位置）；同時，調(diào)用第三方地圖API獲取最近的急救站位置，附在報警信息中；⑤反饋閉環(huán)：社區(qū)工作人員接單后，系統(tǒng)記錄處理時間，家屬可在APP查看處理進(jìn)度，若30分鐘未處理，自動升級至街道管理端