核心知识体系

体系结构与性能

• Flynn 分类:SISD、SIMD、MISD、MIMD(按指令流/数据流)。
• 性能指标:主频、字长、吞吐率、加速比;阿姆达尔定律:加速比 = 1 / ((1-f) + f/n),f 为可并行比例。
• Cache:命中率、平均访存时间;映射方式(直接、全相联、组相联)。
• 可靠性:串联 R = R₁×R₂×…;并联 R = 1-(1-R₁)(1-R₂)…;混合系统先局部化简再整体。
• 校验:奇偶校验检 1 位错;CRC 检错;海明码纠 1 位错(校验位 2ᵏ ≥ n+k+1)。
• RAID:RAID0 条带化无冗余、RAID1 镜像、RAID5 分布式奇偶校验(允许坏 1 块)、RAID10 镜像+条带。

进程与并发

• 进程三态/五态模型:就绪、运行、阻塞(挂起增加静止态)。
• PV 操作(P 为申请/减 1,V 为释放/加 1):信号量 S<0 时 |S| 即等待进程数;经典问题:生产者-消费者、读者-写者、哲学家进餐。
• 死锁四个必要条件:互斥、保持等待、不剥夺、环路等待;处理策略:预防、避免(银行家算法)、检测、解除。
• 存储管理:页式(缺页中断、LRU/FIFO/OPT)、段式、段页式;虚拟存储器 = 局部性原理。
• 磁盘调度:SCAN(电梯)、SSTF、FCFS。

嵌入式系统

• 组成:嵌入式处理器(MCU/MPU/DSP/SoC)、存储器、外设、嵌入式 OS(实时性:硬实时/软实时)。
• EOS 特点:可裁剪、实时性强、占用资源少;常见:VxWorks、RT-Thread、FreeRTOS、嵌入式 Linux。

基础理论

• 三级模式两级映像:外模式(用户视图)、概念模式(逻辑)、内模式(物理);两级映像保证逻辑/物理独立性。
• 事务 ACID:原子性、一致性、隔离性、持久性。
• 并发问题:丢失修改、脏读、不可重复读;封锁协议 S 锁/X 锁,两段锁协议保证可串行化。

规范化 ★

• 函数依赖推理: Armstrong 公理(自反、增广、传递)。
• 1NF:属性原子;2NF:消除非主属性对码的部分函数依赖;3NF:消除传递函数依赖;BCNF:每个决定因素都含码。
• 规范化与性能矛盾:实际系统常"适度反规范化"以减少连接。

分布式与 NoSQL ★

• CAP:一致性、可用性、分区容错性三者取二;存在网络分区时只能在 C 与 A 之间权衡(P 通常必选)。
• BASE:基本可用、软状态、最终一致(AP 系统的实践准则)。
• NoSQL 四类:键值(Redis)、列族(HBase)、文档(MongoDB)、图(Neo4j);特点:灵活模式、易扩展、弱一致。
• 分布式事务:2PC(阻塞、单点)、3PC、TCC、基于消息的最终一致性。
• 数据仓库:面向主题、集成的、相对稳定、反映历史变化;OLAP vs OLTP。

网络体系

• OSI 七层 vs TCP/IP 四层;常见协议层次:HTTP/HTTPS-应用、TCP/UDP-传输、IP-网络。
• 常用端口:FTP 20/21、SSH 22、Telnet 23、SMTP 25、DNS 53、HTTP 80、HTTPS 443。
• IPv6:128 位地址;地址分类 A~E;子网划分与 CIDR 计算。
• 局域网:以太网 CSMA/CD;无线 802.11;VLAN 隔离广播域。

信息安全 ★

• 对称加密:DES(56 位)、3DES、AES(128/192/256)、IDEA、国密 SM4;速度快,密钥分发难。
• 非对称加密:RSA、ECC、ElGamal、SM2;公钥加密-保密性,私钥签名-不可否认性。
• 数字签名:发送方用自己的私钥签名,接收方用发送方公钥验证;先摘要(MD5/SHA/SM3)再签名。
• 数字证书:CA 签发,绑定公钥与身份;PKI = CA + RA + 证书库 + 密钥管理。
• HTTPS = HTTP + TLS:非对称协商会话密钥,对称加密传输数据。
• 攻击与防护:DDoS、SQL 注入、XSS、CSRF、钓鱼;防火墙、IDS/IPS、蜜罐、VPN(IPsec/SSL)。

过程模型

• 瀑布(需求明确)、原型(需求模糊)、增量、螺旋(引入风险分析)、V 模型(测试左对齐)。
• 敏捷:Scrum(角色:PO/SM/团队;工件:产品待办列表/冲刺待办/增量;事件:冲刺计划、每日站会、评审、回顾)、XP(结对编程、TDD、持续集成、重构)。
• RUP:统一过程,四阶段(初始-精化-构建-移交),用例驱动、以架构为中心、迭代增量。

需求与设计

• 需求层次:业务需求、用户需求、系统需求(功能 + 非功能)。
• 结构化分析:DFD 数据流图(分层细化,父子图平衡)、数据字典、E-R 图。
• 面向对象:OOA/OOD;UML 图:静态(类图、对象图、构件图、部署图、包图);动态(用例图、顺序图、通信图、状态图、活动图)。
• 面向对象设计原则 ★:单一职责、开闭、里氏替换、依赖倒置、接口隔离、组合复用、迪米特法则。

设计模式 ★

• 三大类 23 种:创建型(单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型)、结构型(适配器、桥接、组合、装饰器、外观、享元、代理)、行为型(观察者、策略、模板方法、命令、状态、职责链、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器)。
• 高频:工厂方法 vs 抽象工厂;适配器 vs 装饰器 vs 代理;观察者(事件订阅)与策略(算法替换)。

测试

• 白盒覆盖由弱到强:语句 < 判定 < 条件 < 判定/条件 < 条件组合 < 路径。
• 黑盒:等价类、边界值、错误推测、因果图。
• 阶段:单元 → 集成(自顶向下/自底向上)→ 系统 → 验收(α 内部/β 用户)。
• 软件维护:改正性、适应性、完善性(占比最大)、预防性。

架构风格五大类 ★★

类别	代表风格	典型场景
数据流	批处理、管道-过滤器	编译器、流处理、Unix 管道
调用/返回	主程序-子程序、面向对象、层次式	OSI 分层、J2EE 分层架构
独立构件	进程通信、事件驱动(隐式调用)	GUI、消息系统、订阅通知
虚拟机	解释器、规则系统	DSL、专家系统、JVM
仓库(数据中心)	数据库、黑板、超文本	知识库、语音识别

• 层次式优点:关注点分离、复用、易于扩展;缺点:跨层调用损害性能与分层意义("开洞")。
• MVC:Model-View-Controller,分离展示与业务;MVP 引入 Presenter;MVVM 数据双向绑定。
• 富互联网应用 RIA;B/S 与 C/S 的取舍(部署/交互/负载)。

质量属性与架构战术 ★★

质量属性	关注点	常用战术
性能	响应时间、吞吐量、并发数	增加资源、缓存、并发/并行、调度策略、负载均衡
可用性	故障间隔、恢复时间	心跳/PING-ECHO、冗余(主动/被动)、限流降级、事务回滚
可修改性	变更的成本与影响面	封装、接口-实现分离、限制依赖、延迟绑定(配置/插件)
安全性	认证、授权、审计、加密	身份认证、访问控制、加密、审计追踪、入侵检测
可测试性	易于发现缺陷	记录回放、内置自检、依赖注入、模拟对象
易用性	用户学习与操作成本	取消操作、聚合、默认值、在线帮助

• 质量属性场景六要素:刺激源、刺激、环境、制品、响应、响应度量。
• 敏感点:影响单个质量属性的关键设计点(如"加密等级影响安全性")。
• 权衡点:影响多个质量属性的决策点(如"更改消息队列长度同时影响性能与可用性")。
• 风险:可能带来问题的决策;非风险:经分析不会带来问题的决策。案例题几乎必考,务必会判断。

架构视图与描述

• 4+1 视图 ★:逻辑视图(最终用户/功能)、进程视图(集成人员/并发与同步)、物理视图(实施工程师/部署拓扑)、开发视图(程序员/模块组织)、场景(所有角色/用例串联)。
• ADL 架构描述语言:构件、连接件、配置。
• 基于架构的开发 ABSD:架构需求 → 设计 → 文档化 → 复审 → 实现。
• DSSA 特定领域软件架构:领域分析 → 领域模型 → 参考架构;三个层次:领域开发环境、领域特定应用开发环境、应用执行环境。

架构评估 ★★

方法	特点
SAAM	最早的场景评估法,最初针对可修改性,非功能质量属性的体系结构分析方法
ATAM	SAAM 的改进,考虑多种质量属性,识别敏感点/权衡点/风险,九个步骤,基于场景
CBAM	在 ATAM 之后进行,从成本/收益/ROI 角度对架构决策排序

中间件与构件

• 中间件分类:消息(削峰解耦)、交易、数据访问、RPC、对象中间件、安全中间件等。
• 构件标准:CORBA(OMG/IIORB…)、EJB(Java)、COM/DCOM/.NET(微软)。
• 面向服务:SOA(服务注册-发现-绑定,ESB 企业服务总线,粗粒度、协议重);WebService 三剑客:SOAP、WSDL、UDDI。

微服务

• 单体 → SOA → 微服务:微服务细粒度、独立部署、去中心化治理、轻量通信(HTTP/REST、消息队列)、数据库私有。
• 拆分原则:按业务能力/DDD 限界上下文;避免分布式单体。
• 配套:服务注册发现(Consul/Nacos)、API 网关、配置中心、链路追踪、熔断限流(Hystrix/Sentinel)、服务网格(Istio,Sidecar 模式)。
• 优缺点:弹性扩展、技术异构、故障隔离 vs 分布式复杂性、数据一致性难、运维成本高。

云原生与容器

• 容器 vs 虚拟机:共享内核、秒级启动、密度高;Docker 镜像/仓库;K8s:Pod-Deployment-Service、自愈与弹性伸缩。
• DevOps:开发+运维一体化,CI/CD 流水线,基础设施即代码;不可变基础设施。
• Serverless:FaaS + BaaS,按事件触发、按量计费(冷启动问题)。

大数据与智能

• 大数据 5V:Volume、Velocity、Variety、Value、Veracity;Hadoop(HDFS/MapReduce/YARN)、Spark(内存计算)、Flink(流)。
• Lambda 架构(批+流双层)→ Kappa 架构(纯流)→ 湖仓一体(数据湖灵活性 + 数据仓库事务性,近年论文热点)。
• 区块链:链式哈希、分布式账本、共识(PoW/PoS/PBFT)、智能合约;联盟链多用于企业。
• AI/大模型:机器学习/深度学习基础概念、RAG 检索增强、向量数据库;边缘计算与物联网四层架构(感知-网络-平台-应用)。

图论与进度计算 ★

• AOE 网:关键路径 = 源点到汇点的最长路径,决定总工期;关键活动:最早开始 = 最迟开始。
• 总时差 = 最迟开始 - 最早开始;总时差为 0 的活动是关键活动。
• 最短路径:Dijkstra(单源)、Floyd(每对);最小生成树:Prim、Kruskal。

挣值分析 ★

• 三值:PV(计划价值)、EV(挣值)、AC(实际成本)。
• 进度:SV = EV − PV(SV<0 进度落后),SPI = EV/PV;成本:CV = EV − AC(CV<0 成本超支),CPI = EV/AC。
• 预测:EAC = AC + (BAC − EV) / CPI。

其他

• 线性规划(图解法/单纯形)、动态规划、贪心、分支限界;预测与决策(期望值决策、不确定型决策五准则)。
• 甘特图与 PERT;风险暴露 = 风险概率 × 风险损失。

• 著作权:作品完成即自动产生;人身权(署名、修改、保护完整)无保护期限限制;财产权 = 作者终生 + 死后 50 年;职务作品一般归单位享有(署名权除外)。
• 专利权:先申请制;发明/实用新型 20/10 年,自申请日起;计算机程序本身不能申请专利(可作为方法专利)。
• 商标:先注册原则,有效期 10 年(可续展);注册满 3 年未使用可被撤销。
• 商业秘密:保密措施 + 经济价值,无期限。
• 标准化:国际标准 ISO/IEC;GB 强制性国标、GB/T 推荐性国标;软件文档与质量标准(GB/T 8567 等)。
• 招投标法:招标-投标-开标-评标-中标流程要点。