2018年系统架构设计师下午真题（二）

● 阅读以下关于嵌入式实时系统相关技术的叙述，在答题纸上回答问题1和问题2。

【说明】

某公司长期从事宇航领域嵌入式实时系统的软件研制任务。公司为了适应未来嵌入式系统网络化、智能化和综合化的技术发展需要，决定重新考虑新产品的架构问题，经理将论证工作交给王工负责。王工经调研和分析，完成了新产品架构设计方案，提交公司高层讨论。

【问题1】 （14分）

王工提交的设计方案中指出：由于公司目前研制的嵌入式实时产品属于简单型系统，其嵌入式子系统相互独立，功能单一，时序简单。而未来满足网络化、智能化和综合化的嵌入式实时系统将是一种复杂系统，其核心特征体现为实时任务的机理、状态和行为的复杂性。简单任务和复杂任务的特征区分主要表现在十个方面。请参考表3-1给出的实时任务特征分类，用题干中给出的（a）~（t）20个实时任务特征描述，补充完善表3-1给出的空（1）~（14）。

（a）任务属性不会随时间变化而改变；

（b）任务的属性与时间相关；

（c）任务仅可以从非连续集中获取特征变量；

（d）任务变量域是连续的；

（e）功能原理不依赖于上下文；

（f） 功能原理依赖于上下文；

（g）任务行为可以用step-by-step顺序分析方法来理解；

（h）许多任务在产生访问活动时相互间是并发处理的，很难用step-by-step方法分析；

（i） 因果关系相互影响；

（j） 行为特征依赖于大量的反馈机制；

（k）系统内构成、策略和描述是相似的；

（l） 系统内存在许多不同的构成、策略和描述；

（m）功能关系是非线性的；

（n） 功能关系是线性的；

（o） 不同的子任务是相互独立的，任务内部仅存在少量的交互操作；

（p） 不同的子任务有很高的交互操作，要把一个单任务的行为隔离开是困难的；

（q） 域特征有非常整齐的原则和规则；

（r）  许多不同的上下文依赖于规则；

（s）  原理和规则在表面属性上很容易被识别；

（t）   原理被覆盖、抽象，而不会在表面属性上被识别。

表3-1  简单任务和复杂任务特征比较

【问题2】（11分）

王工设计方案中指出：要满足未来网络化、智能化和综合化的需求，应该设计一种能够充分表达嵌入式系统行为的、且具有一定通用性的通信架构， 以避免复杂任务的某些特征带来的通信复杂性。通常为了实现嵌入式系统中计算组件间的通信，在架构上需要一种简单的架构风格，用于屏蔽不同协议、不同硬件和不同结构组成所带来的复杂性。图3-1给出了一种“腰（Waistline）" 型通信模式的架构风格。腰型架构的关键是基本消息通信（BMTS），通常BMTS的消息与时间属性相关，支持事件触发消息、速率约束消息和时间触发消息。

请说明基于BMTS的消息通信网络的主要特征和上述三种消息的基本含义，并举例给出两种具有时间触发消息能力的网络总线。

图3-1  “腰”型通信模式架构风格

●阅读以下关于分布式数据库缓存设计的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3.

【说明】

某企业是为城市高端用户提供高品质蔬菜生鲜服务的初创企业，创业初期为快速开展业务，该企业采用轻量型的开发架构（脚本语言+关系型数据库）研制了一套业务系统。业务开展后受到用户普遍欢迎，用户数和业务数量迅速增长，原有的数据库服务器已不能满足高度并发的业务要求。为此，该企业成立了专门的研发团队来解决该问题。

张工建议重新开发整个系统， 采用新的服务器和数据架构，解决当前问题的同时为日后的扩展提供支持。但是，李工认为张工的方案开发周期过长，投入过大，当前应该在改动尽量小的前提下解决该问题。李工认为访问量很大的只是部分数据，建议采用缓存工具MemCache来减轻数据库服务器的压力，这样开发量小，开发周期短，比较适合初创公司，同时将来也可以通过集群进行扩展。然而，刘工又认为李工的方案中存在数据可靠性和一致性问题，在宕机时容易丢失交易数据，建议采用Redis来解决问题。在经过充分讨论，该公司最终决定采用刘工的方案。

【问题1】 （9分）

在李工和刘工的方案中，均采用分布式数据库缓存技术来解决问题。请说明分布式数据库缓存的基本概念。

表4-1中对MemCache和Redis两种工具的优缺点进行了比较，请补充完善表 4-1中的空（1）~ （6）。

表4-1 MemCache与Redis能力比较

【问题2】 （8分）

刘工认为李工的方案存在数据可靠性和一致性的问题，请说明原因。

为避免数据可靠性和一致性的问题，刘工的方案采用Redis作为数据库缓存，请说明基本的Redis与原有关系数据库的数据同步方案。

【问题3】 （8分）

请给出Redis分布式存储的2种常见方案和Redis集群切片的几种常见方式。

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