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Ch18 ML 系统设计 · 考研/期末复习大纲

承接 Ch17 口诀: "Ch17 给推理工程 — 量化 + 服务化 + 边缘. Ch18 给系统设计 — 云原生 + 大规模基础设施 + ML 平台。" 跨章承接: Ch13 §03 OS → Ch18 §01; Ch15 §05 K8s → Ch18 §03; Ch17 §03 → Ch18 §04 ML 系统


一 · 考点分级速览 (🔴 10 / 🟡 14 / 🟢 6 / ⭐ 4, 共 34 考点)

考频 考点 章节
🔴 CAP 定理 §01
🔴 一致性 vs 可用性 §01
🔴 Kafka 架构 §03
🔴 Spark vs MapReduce §03
🔴 数据漂移检测 §04
🔴 Feature Store 设计 §04
🔴 在线 / 离线一致性 §04
🔴 A/B test 显著性 §04
🔴 模型注册 (Registry) §04
🔴 ML 系统监控 §04
🟡 IaaS / PaaS / SaaS §02
🟡 AWS / GCP / Azure §02
🟡 数据湖架构 §03
🟡 Iceberg / Delta §03
🟡 回流闭环 §04
🟡 影子流量 §04
🟡 Netflix Zuul / Eureka §05
🟡 DoorDash 派单 §05
🟡 Uber Michelangelo §05
🟡 Airbnb ML Platform §05
🟡 Pinterest 推荐 §05
🟢 Lambda 架构 §03
🟢 Kappa 架构 §03
🟢 边缘 ML §02
🟢 模型卡片 §04
🟢 SLA / SLO §01
⭐ Ray / Dask §03
⭐ Ray Serve §04
⭐ KServe §04
⭐ 数据网格 (Data Mesh) §03

二 · 概念关系图

graph LR
    A[系统基础] --> B[云计算]
    B --> C[大规模基础设施]
    C --> D[ML 系统设计]
    D --> E[设计案例]
    E --> F[AI 平台]

三 · 必考点精讲

🔴F1: CAP 定理

C 一致性 / A 可用性 / P 分区容忍。分布式系统三选二。 - CP: 强一致, 牺牲可用 (HBase, ZooKeeper) - AP: 高可用, 弱一致 (Cassandra, DynamoDB)

🔴F2: Kafka 架构

  • Producer: 写入
  • Broker: 存储
  • Consumer: 读取
  • Topic / Partition: 消息分类
  • 吞吐: ~1M msg/s

🔴F3: Spark vs MapReduce

  • MapReduce: 磁盘迭代, 慢
  • Spark: 内存计算, RDD/Dataset, 100× 快

🔴F4: Feature Store

统一特征管理, 在线 + 离线一致性: - Feast / Tecton / Hopsworks

🔴F5: 数据漂移

  • Covariate shift: \(P(X)\) 变
  • Prior shift: \(P(Y)\) 变
  • Concept shift: \(P(Y|X)\) 变

检测: PSI, KS 检验, 模型性能监控。

🔴F6: A/B test

  • 随机分流
  • 统计显著性 (p < 0.05)
  • 长期 + 短期指标

四 · 公式卡片

CAP

\[\text{CAP}_{\text{three}} \to \text{choose two}\]

可用性

\[U = \frac{MTBF}{MTBF + MTTR}\]

一致性哈希

\[\text{node}_i \to \text{hash} \to \text{ring}\]

QPS / Latency

\[\text{QPS} = \frac{N_{\text{reqs}}}{T}$$ $$\text{p99} = 99\% \text{ reqs under this latency}\]

PSI

\[PSI = \sum (P_{\text{new}} - P_{\text{ref}}) \ln \frac{P_{\text{new}}}{P_{\text{ref}}}\]

五 · 跨章综合题

# 题型 涉及的章 难度
综合1 Ch15 + Ch18 K8s + Spark 大规模数据 Ch15+Ch18 ★★★
综合2 Ch17 + Ch18 vLLM + Feature Store Ch17+Ch18 ★★★
综合3 Ch13 + Ch18 OS + Kafka Ch13+Ch18 ★★
综合4 Ch05 + Ch18 概率 + A/B test Ch05+Ch18 ★★★
综合5 Ch12 + Ch18 GNN 推荐系统 Ch12+Ch18 ★★★
综合6 Ch10 + Ch18 多模态 + 数据湖 Ch10+Ch18 ★★
综合7 Ch11 + Ch18 SLAM + 边缘 ML Ch11+Ch18 ★★
综合8 Ch08 + Ch18 CNN + 模型服务 Ch08+Ch18 ★★★

六 · 自测题 (15 题)

  1. CAP 定理三选二?
  2. Kafka 三个角色?
  3. 数据漂移三种?
  4. Feature Store 解决什么问题?
  5. A/B test 显著性阈值?
  6. Spark 为什么比 MapReduce 快?
  7. Lambda vs Kappa 架构?
  8. 一致性哈希优势?
  9. ML 系统监控哪些指标?
  10. 在线 vs 离线特征一致性?

七 · 易错点

  1. CAP: 三选二, 不是任选。
  2. Kafka: 不是队列, 是日志。
  3. Feature Store: 在线 / 离线 schema 一致。
  4. A/B test: 流量分配要随机。
  5. 数据漂移: 不止 covariate shift。

八 · 速记口播版 (60s)

Ch18 共 5 节: §01 系统设计基础 (CAP/可扩展) → §02 云计算 (IaaS/PaaS) → §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)。是 AI 工程师的"系统设计"课。