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Ch18 ML 系统设计 · 一页信息图

一句话总纲: ML 系统设计 = 把 ML 模型 + 数据 + 算力 + 服务组合成可扩展生产系统: 系统设计基础 + 云原生 + 大规模基础设施 + ML 特定设计 + 真实案例。


一 · 知识拓扑图

flowchart TB
    A["系统设计基础
CAP/可扩展性
🟢"] -->|基础| B["云计算
IaaS/PaaS/SaaS
🟡"]
    B --> C["大规模基础设施
Kafka/Spark/数据湖
🟡"]
    C --> D["ML 系统设计
Feature Store/Registry
🔴"]
    D --> E["设计案例
Netflix/DoorDash/Uber
🔴"]
    A --> F["CAP/一致性
🟡"]
    E --> G["AI 平台
推荐/搜索/广告
🔴"]

二 · 核心公式速查表

# 概念 公式 / 说明
F1 CAP 定理 C / A / P 三选二
F2 一致性哈希 增删节点只影响邻居
F3 可用性 \(U = \frac{MTBF}{MTBF + MTTR}\)
F4 QPS Queries Per Second
F5 延迟 p50 / p95 / p99
F6 存储层级 Hot (Redis) / Warm (DB) / Cold (S3)
F7 Feature Store 在线 + 离线一致性
F8 数据湖 S3 + Parquet + Iceberg
F9 模型 registry MLflow / DVC
F10 数据漂移 PSI / KS 检验
F11 A/B test 流量分流 + 指标
F12 影子流量 不影响用户, 验证
F13 回流 在线日志 → 训练
F14 Kafka 吞吐 ~1M msg/s
F15 Spark 内存 Driver + Executor

三 · 关键流程 (4 步)

流程 A: 实时推荐

  1. 用户事件 → Kafka
  2. Flink 实时特征
  3. 在线推理 (TensorFlow Serving)
  4. 返回结果

流程 B: 离线训练

  1. 数据湖 (S3) → Spark 处理
  2. 特征工程 (离线)
  3. 训练 (PyTorch + DDP)
  4. 模型注册 (MLflow)

流程 C: 在线服务

  1. 用户请求 → API Gateway
  2. 在线特征 (Redis)
  3. 模型推理 (vLLM)
  4. 监控 (Prometheus)

流程 D: 模型更新

  1. 新数据回流
  2. 触发重训
  3. 评估 (A/B test)
  4. 灰度发布

四 · 真题 / 面试 100 题

# 题面 难度
Q1 CAP 定理 ★★
Q2 一致性哈希 ★★
Q3 Kafka vs RabbitMQ ★★★
Q4 Spark vs MapReduce ★★
Q5 数据漂移检测 ★★★
Q6 Feature Store 设计 ★★★
Q7 在线 vs 离线特征一致性 ★★★
Q8 A/B test 统计显著性 ★★★
Q9 Netflix 推荐系统 ★★★
Q10 DoorDash 派单系统 ★★★

五 · 与上下章连接

  1. Ch13 §03 OS → Ch18 §01 系统设计
  2. Ch15 §05 K8s → Ch18 §03 大规模基础设施
  3. Ch17 §03 vLLM → Ch18 §04 ML 系统

六 · 一段话总结

ML 系统设计 = 把 AI 模型 + 数据 + 算力组合成生产系统: §01 系统设计基础 (CAP/可扩展性) → §02 云计算 (IaaS/PaaS/SaaS) → §03 大规模基础设施 (Kafka/Spark/数据湖) → §04 ML 系统设计 (Feature Store / Registry / 监控) → §05 设计案例 (Netflix/DoorDash/Uber)。核心心智模型: ML 系统 = 数据流 + 计算流 + 模型流 + 监控。