问答题X 纠错

甲公司承担了一项为宇航系统配套生产高性能嵌入式计算机系统的任务,用户要求该系统要具有高速并发处理能力、低功耗、高可靠性,并可以有效地防止系统故障的蔓延。根据用户对本项目的要求,甲公司成立了软/硬件两个项目组,总体设计由硬件组承担,负责高性能嵌入式计算机系统体系结构设计,软件组负责确定软件的技术需求和应用软件开发平台的软件设计工作。
在处理器选型方面,硬件组王工与软件组张工在讨论采用哪种CPU体系结构方面发生争议。目前,流行的处理器结构包括单核结构、多处理器结构、超线程结构、多核结构、共享Cache的多核结构和超线程技术的多核结构共6种,如图12-20所示。

参考答案:

填写结果如图12-25所示。

(1)单核结构:计算机中仅有一个物理处理器,不支持应用软件的并行执行,因为在任何时间点上,CPU都只能执行一个指令流。
(2)多处理器结构:支持真正意义上的并行执行,因为多个线程或进程能够在多个处理器上同时执行。
(3)超线程结构(SMT):实际上计算机中只有一个实际的物理处理器,但从软件角度来看,存在多个逻辑处理器,支持操作系统和应用程序将多个线程调度到多个逻辑处理器上,就像多处理器系统一样。从微体系结构的角度看,逻辑处理器的指令是固定的,并且在共享的执行资源上同时执行。
(4)多核结构:采用单芯片多处理器(CMP)的设计,此种结构不是重用单个处理器中某些处理器资源,而是在单个处理器芯片内实现两个或更多的"执行核"。这些执行核都是相互独立的处理器,并具有自己的执行集合及体系结构资源。
(5)共享Cache的多核结构:与多核结构工作方式相一致,主要差别在于设计时将这些执行核设计成可共享片上的Cache。
(6)采用超线程技术的多核结构:主要是将多核结构与超线程结构相结合,从而将逻辑处理器的数量增加到执行核的两倍。

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某软件公司开发一项基于数据流的软件,其系统的主要功能是对输入的数据进行多次分析、处理和加工,生成需要的输出数据。需求方对该系统的软件可靠性要求很高,要求系统能够长时间无故障运行。该公司将该系统设计交给王工负责。王工给出该系统的模块示意图如图12-18所示。王工解释:只要各个模块的可靠度足够高,失效率足够低,则整个软件系统的可靠性是有保证的。

李工对王工的方案提出了异议。李工认为王工的说法有两个问题:第一,即使每个模块的可靠度足够高,假设各个模块的可靠度均为0.99,但是整个软件系统模块之间全部采用串联,则整个软件系统的可靠度为0.99=0.96,即整个软件系统的可靠度下降明显;第二,软件系统模块全部采用串联结构,一旦某个模块失效,则意味着整个软件系统失效。
李工认为,应该在软件系统中采用冗余技术中的动态冗余或者软件容错的N版本程序设计技术,对容易失效或者非常重要的模块进行冗余设计,将模块之间的串联结构部分变为并联结构,来提高整个软件系统的可靠性。同时,李工给出了采用动态冗余技术后的软件系统模块示意图,如图12-19所示。

刘工建议,李工方案中M1和M4模块没有采用容错设计,但M1和M4发生故障有可能导致严重后果。因此,可以在M1和M4模块设计上采用检错技术,在软件出现故障后能及时发现并报警,提醒维护人员进行处理。
注:假设各个模块的可靠度均为0.99

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李工对王工的方案提出了异议。李工认为王工的说法有两个问题:第一,即使每个模块的可靠度足够高,假设各个模块的可靠度均为0.99,但是整个软件系统模块之间全部采用串联,则整个软件系统的可靠度为0.99=0.96,即整个软件系统的可靠度下降明显;第二,软件系统模块全部采用串联结构,一旦某个模块失效,则意味着整个软件系统失效。
李工认为,应该在软件系统中采用冗余技术中的动态冗余或者软件容错的N版本程序设计技术,对容易失效或者非常重要的模块进行冗余设计,将模块之间的串联结构部分变为并联结构,来提高整个软件系统的可靠性。同时,李工给出了采用动态冗余技术后的软件系统模块示意图,如图12-19所示。

刘工建议,李工方案中M1和M4模块没有采用容错设计,但M1和M4发生故障有可能导致严重后果。因此,可以在M1和M4模块设计上采用检错技术,在软件出现故障后能及时发现并报警,提醒维护人员进行处理。
注:假设各个模块的可靠度均为0.99

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①对于一些关键应用系统,采用双机冗余热备的方式进行保护。
②由于资金问题,公司并不打算建设自己专有的用于备份数据的备份中心(假设这里的备份中心仅用于备份数据),而是决定租用其他公司提供的商业备份中心,每隔一段时间,把公司的业务数据备份到备份中心。

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请用300字以内文字,从技术方面说明备份中心的作用,以及在租用商业备份中心时的注意事项。

参考答案:备份中心的主要作用是在灾难发生时能够有效地保护数据。在租用商业备份中心时应该注意以下几点:①备份中心与公司的系统有充分远...

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请用150字以内文字,说明双机冗余热备方式主要解决的是系统运行中的哪些问题?在选择双机冗余热备产品时通常需要考虑哪些问题?

参考答案:采用双机冗余热备方式,当本地某个系统发生故障时,系统能够自动快速地切换到正常的系统,通过本地故障恢复确保系统持续提供服务...

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项目组在仔细调研和分析了系统需求的基础上,确定了基于互联网的CRSS系统架构。但在确定系统数据架构时,张工认为应该采用集中式的数据架构,给出的理由是结构简单、易维护且开发及运行成本低;而刘工建议采用分布式的数据架构,并提出在开发中通过"局部数据库+缓存"的读写分离结构实现,具有较好的运行性能和可扩展性。
项目组经过集体讨论,考虑到公司的未来发展规划,最终采用了刘工的建议。

RMO公司销售区域将在未来5年大面积扩展,其潜在客户数量也会因此大幅度增加,所以良好的可扩展性是CRSS系统所必需的质量属性。请分别说明在集中式和分布式数据架构下,可以采用哪些方法提升系统的可扩展性。

参考答案:张工提出的集中式数据架构通过向上扩展(ScaleUp)提升系统的可扩展性。具体的实现方式包括硬件扩容(增加CPU数量、内...

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在刘工建议的基础上,为了避免CRSS系统的单点故障,请用200字以内文字简要说明如何建立CRSS的数据库系统;对于数据的读取、添加、更改和删除操作分别如何实现

参考答案:读写分离架构利用了数据库的复制技术,将数据的读和写分布在不同的处理节点上,从而达到提高可用性和扩展性的目的。CRSS的分...

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参考答案:在客户端进行内容聚合的优点主要有以下两点:①从Mashup服务器存储的角度来说,对服务器所产生的负载较轻,因为数据可以直...
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