2025年系统与设计试题及答案

2025年系统与设计试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪项不属于系统工程的核心原则？A.整体性设计B.需求驱动开发C.局部优化优先D.全生命周期管理答案：C2.在需求分析中，“用户希望系统能在3秒内完成订单支付”属于哪种类型的需求？A.功能需求B.性能需求C.安全需求D.可维护需求答案：B3.某电商系统需要支持大促期间的高并发下单，其架构设计中采用“读写分离+数据库分片”策略，这主要体现了哪种设计模式？A.分层架构B.事件驱动C.分布式系统D.缓存旁路答案：C4.衡量系统可靠性的常用指标MTBF（平均无故障时间）与MTTR（平均修复时间）的关系是？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.敏捷开发中，“每日站会”的核心目的是？A.详细讨论技术难点B.同步进度与识别障碍C.评审代码质量D.制定长期计划答案：B6.在UML建模中，用于描述系统动态行为、展示对象间消息传递的图是？A.类图B.用例图C.序列图D.状态图答案：C7.某系统上线后出现接口响应延迟，通过监控发现数据库CPU利用率持续90%，但内存和网络正常，最可能的瓶颈是？A.SQL查询效率低B.缓存未命中C.网络带宽不足D.服务器硬件老化答案：A8.数据库设计中，若一个表存在“学生姓名→学生专业”“学生专业→学院名称”的函数依赖，则该表最多满足？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.以下哪种措施不属于系统安全性设计的“最小权限原则”应用？A.管理员账户仅在必要时使用B.普通用户只能访问自己的文件C.数据库只读用户无删除权限D.所有用户默认拥有系统日志查看权答案：D10.为提升系统可扩展性，设计时采用“插件化架构”，其核心思想是？A.减少模块间耦合B.提高代码复用率C.增强容错能力D.降低开发成本答案：A二、简答题（每题6分，共60分）1.简述系统需求分析中“功能性需求”与“非功能性需求”的区别，并各举一例。答案：功能性需求描述系统“必须做什么”，即具体的功能特性（如“用户可在线预约挂号”）；非功能性需求描述系统“如何做好”，涉及性能、安全、可靠性等质量属性（如“预约接口响应时间≤2秒”）。二者共同定义系统完整目标，功能需求是核心能力，非功能需求是约束条件。2.模块化设计的主要优势有哪些？在实际开发中如何划分模块边界？答案：优势包括降低复杂度（分而治之）、提高可维护性（独立修改）、支持并行开发（模块解耦）、增强复用性（通用模块重用）。模块边界划分需依据高内聚低耦合原则：功能相关性高的操作归为同一模块（内聚），模块间仅通过定义清晰的接口交互（低耦合），可结合用例场景、业务流程或领域模型辅助划分。3.系统设计中为何需要进行“权衡分析”？常见的权衡维度有哪些？答案：由于资源（时间、成本、性能）有限，设计决策常存在冲突（如性能与安全性、功能丰富度与复杂度），需通过权衡选择最优方案满足核心目标。常见维度包括：性能与成本（高性能硬件vs算法优化）、安全性与易用性（强认证vs用户体验）、可扩展性与开发周期（预留扩展接口vs快速上线）、可靠性与维护成本（冗余设计vs运维复杂度》。4.容错设计的常用方法有哪些？请举例说明“失效转移”机制的实现方式。答案：常用方法包括冗余设计（硬件/数据/服务冗余）、错误检测（校验码、心跳检测）、自动恢复（重试、回滚）、降级处理（功能简化）。失效转移机制例如：分布式系统中主节点宕机时，监控模块检测到心跳中断，触发从节点接管服务，通过同步日志或共享存储保证状态一致，用户无感知切换。5.微服务架构与单体架构的主要差异是什么？微服务适用的典型场景有哪些？答案：差异：单体架构是单一可部署单元（所有功能打包），耦合度高、扩展性差；微服务将系统拆分为独立部署的小服务（单一职责），通过轻量级通信（如HTTP/REST）交互，耦合低、扩展性强。适用场景：业务复杂且需快速迭代（如电商平台）、各模块发展速度不均（如社交系统的动态发布与消息推送）、需要技术异构（不同服务用不同语言实现）。6.UML用例图的主要组成元素有哪些？请用简单图示说明“用户登录”场景的用例关系。答案：元素包括参与者（Actor）、用例（UseCase）、关系（包含Include、扩展Extend、泛化Generalization）。“用户登录”场景中，参与者是“用户”；主用例是“登录系统”；可能包含“输入账号密码”（Include），扩展用例如“忘记密码”（Extend，可选流程）。7.性能测试的主要指标有哪些？在电商大促前，如何设计性能测试方案以验证系统容量？答案：指标包括响应时间、吞吐量（TPS/QPS）、并发用户数、资源利用率（CPU/内存/IO）、错误率。测试方案设计：①确定目标（如支持10万并发下单）；②模拟真实场景（用户行为路径、地域分布）；③逐步加压（从低到高，观察瓶颈点）；④监控关键指标（数据库连接数、缓存命中率）；⑤验证降级策略（如流量超出时的限流措施）；⑥记录瓶颈点并优化后重复测试，直至达标。8.数据库事务的ACID特性分别指什么？举例说明“隔离性”被破坏时可能导致的问题。答案：ACID：原子性（Atomicity，事务要么全做要么全不做）、一致性（Consistency，事务前后数据状态合法）、隔离性（Isolation，事务间互不干扰）、持久性（Durability，提交后数据永久保存）。隔离性破坏示例：两个事务同时修改同一订单的库存，若未加锁，可能出现“丢失更新”（事务A读取库存10，事务B也读取10，A减1后保存为9，B减1后也保存为9，实际应剩8）。9.身份认证（Authentication）与授权（Authorization）的区别是什么？设计一个包含两者的典型流程。答案：认证是验证“你是谁”（如密码、指纹），授权是确定“你能做什么”（如管理员可删除数据，普通用户仅可读）。典型流程：用户输入账号密码（认证）→系统验证通过后提供令牌（JWT）→用户访问“删除接口”时，系统检查令牌中的角色（如“admin”）是否具备删除权限（授权）→允许或拒绝请求。10.影响系统可维护性的主要因素有哪些？在设计阶段可采取哪些措施提升可维护性？答案：因素包括代码质量（可读性、注释）、架构设计（模块化、低耦合）、文档完整性（需求/设计/维护文档）、错误处理机制（日志记录、问题定位）。设计阶段措施：①遵循设计模式（如MVC分离职责）；②制定代码规范（统一命名、注释要求）；③预留扩展接口（如插件机制）；④设计清晰的日志体系（关键操作留痕）；⑤编写详细的技术文档（包括接口说明、依赖关系）。三、分析题（每题10分，共30分）1.某智能物流系统的需求文档中存在以下冲突：业务部门要求“订单处理耗时≤10秒”（性能需求），而安全部门要求“所有订单需通过三重加密校验”（安全需求）。作为系统设计师，你会如何协调这两个需求？请提出具体解决方案。答案：首先分析冲突根源：加密校验增加计算耗时，可能影响性能。协调步骤：①量化影响：测试当前加密算法（如AES-XX）的处理时间，评估是否超出10秒阈值；②优化安全措施：若加密是瓶颈，可采用更轻量级的加密方式（如AES-128替代AES-256），或对非敏感字段（如订单号）简化加密；③并行处理：将加密校验与其他不依赖结果的操作（如订单路由）并行执行；④缓存机制：对重复订单（如同一用户短时间内重复提交）缓存已加密结果，避免重复计算；⑤监控验证：部署后持续监控订单处理耗时与加密耗时占比，若仍不达标，考虑硬件加速（如专用加密芯片）或算法优化（如预处理部分数据）。最终目标是在满足安全基线的前提下，通过技术手段将总耗时控制在10秒内。2.某在线教育平台预计上线“万人同时在线直播课”功能，需应对高并发场景（如峰值10万用户）。请从架构设计、关键技术选型、性能优化三个方面，分析设计要点。答案：架构设计：采用分布式架构，前端通过CDN分发静态资源（如直播流），后端拆分为直播服务（推流/拉流）、互动服务（聊天/提问）、鉴权服务（用户登录），各服务独立部署；使用负载均衡（如Nginx）分流请求，避免单点故障。关键技术选型：直播流采用RTMP或HLS协议（低延迟），消息队列（如Kafka）处理高并发互动消息（削峰填谷），数据库使用分布式存储（如TiDB）支持海量用户数据，缓存（Redis）存储在线用户状态（减少数据库压力）。性能优化：①边缘计算：在用户集中区域部署边缘节点，就近分发直播流；②动态码率调整：根据用户网络状况自动切换高清/标清流；③异步处理：用户提问先写入消息队列，再异步写入数据库；④限流降级：当并发超限时，限制新用户进入（如排队机制），保证已在线用户体验。3.医疗信息系统需存储患者电子病历（包含姓名、诊断结果、用药记录等敏感信息），同时需支持医生、护士、管理员等不同角色的访问。请分析该系统面临的主要安全性挑战，并提出对应的设计措施。答案：挑战及措施：①数据泄露风险（病历敏感）：采用加密存储（如AES加密病历内容），传输过程使用HTTPS/TLS加密，关键字段（如身份证号）脱敏处理（显示部分字符）。②越权访问（多角色需求）：基于RBAC（角色权限控制）设计，医生可读写本人患者病历，护士仅可读，管理员可管理账户但不可查看病历内容；实现细粒度权限（如“查看”“修改”“导出”不同操作权限）。③数据篡改风险（影响诊疗）：对病历修改操作留痕（记录修改人、时间、前后内容），采用区块链技术存储操作日志（防篡改）；重要修改需二次确认（如主任医师审批）。④外部攻击（如SQL注入、XSS）：使用ORM框架防止SQL注入，前端输入校验（限制特殊字符），后端接口鉴权（JWT令牌+时效性验证）；定期进行渗透测试，修复安全漏洞。四、设计题（40分）请设计一个“社区智慧养老系统”，要求覆盖以下内容：（1）核心需求分析（至少5项）；（2）系统架构设计（画出分层架构图并说明各层功能）；（3）关键技术选型（至少3项，需说明选择理由）；（4）数据流程设计（以“老人跌倒自动报警”场景为例，描述数据流动过程）；（5）安全性设计要点（至少3项）。答案：（1）核心需求分析：①健康监测：支持智能手环/手表实时采集老人心率、血压、体温等生理数据，异常时预警；②紧急求助：老人通过一键呼叫按钮或跌倒检测触发报警，系统自动通知家属、社区工作人员；③生活服务：集成家政预约、药品配送、餐饮订购等功能，支持老人或家属在线下单；④远程看护：家属可通过APP查看老人实时位置（基于GPS/蓝牙）、历史活动轨迹；⑤健康管理：系统自动提供健康报告（如周/月心率趋势），推送至家属和签约医生。（2）系统架构设计（分层说明）：采用五层架构：①感知层：部署智能设备（手环、跌倒传感器、门磁）、通信模块（NB-IoT/4G），负责数据采集与上传；②网络层：包括物联网网关（汇聚设备数据）、CDN（加速视频流传输）、云服务器（阿里云/华为云），实现设备与平台通信；③平台层：包含数据处理引擎（实时计算老人健康指标是否异常）、AI模块（跌倒检测算法）、服务总线（对接第三方服务如家政平台）；④应用层：提供Web管理端（社区工作人员使用）、APP（老人/家属/医生使用），功能包括报警处理、服务下单、健康查看；⑤用户层：覆盖老人、家属、社区工作人员、签约医生四类角色，满足不同使用需求。（3）关键技术选型：①物联网通信协议：选择MQTT（消息队列遥测传输），因其轻量级、低带宽消耗，适合智能设备高频小数据量上传（如手环每5秒传一次心率）；②数据库：时序数据库InfluxDB，专门优化时间序列数据存储（如老人24小时心率变化），支持高效查询与聚合；③跌倒检测算法：基于机器学习的随机森林模型，输入加速度计、陀螺仪数据（X/Y/Z轴加速度变化），训练后识别跌倒动作（准确率>95%），相比传统阈值法（易误报）更精准。（4）“老人跌倒自动报警”数据流程：①感知层：老人佩戴的跌倒传感器（内置加速度计）以100Hz采样率采集三轴加速度数据，通过BLE（蓝牙）传输至网关；②网络层/平台层①：网关将数据通过MQTT协议上传至云服务器，数据处理引擎调用跌倒检测模型分析（判断是否符合跌倒特征：加速度骤增→骤降→静止）；③平台层②：若判定为跌倒（置信度>90%），触发报警逻辑：从数据库获取老人关联信息（家属电话、社区联系人）；④应用层：向家属APP推送通知（弹窗+短信），向社区管理端发送预警（高亮显示老人位置）；同时，调用第三方地图API获取最近的急救站位置，附在报警信息中；⑤反馈闭环：社区工作人员接单后，系统记录处理时间，家属可在APP查看处理进度，若30分钟未处理，自动升级至街道管理端