試卷科目：軟件水平考試(高級)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師案例2015軟件水平考試(高級)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師真題及答案案例PAGE"pagenumber"pagenumber/SECTIONPAGES"numberofpages"numberofpages2015軟件水平考試(高級)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師真題及答案案例第1部分：問答題，共5題，請在空白處填寫正確答案。[問答題]1.閱讀以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)可靠性設(shè)計方面的描述，回答下列問題?！菊f明】某宇航公司長期從事宇航裝備的研制工作，嵌入式系統(tǒng)的可靠性分析與設(shè)計已成為該公司產(chǎn)品研制中的核心工作，隨著宇航裝備的綜合化技術(shù)發(fā)展，嵌入式軟件規(guī)模發(fā)生了巨大變化，代碼規(guī)模已從原來的幾十萬擴展到上百萬，從而帶來了由于軟件失效而引起系統(tǒng)可靠性降低的隱患。公司領(lǐng)導(dǎo)非常重視軟件可靠性工作，決定抽調(diào)王工程師等5人組建可靠性研究團隊，專門研究提高本公司宇航裝備的系統(tǒng)可靠性和軟件可靠性問題，并要求在三個月內(nèi)，給出本公司在系統(tǒng)和軟件設(shè)計方面如何考慮可靠性設(shè)計的方法和規(guī)范?？煽啃匝芯繄F隊很快拿出了系統(tǒng)及硬件的可靠性提高方案，但對于軟件可靠性問題始終沒有研究出一種普遍認(rèn)同的方法?！締栴}1】請用200字以內(nèi)文字說明系統(tǒng)可靠性的定義及包含的4個子特性，并簡要指出提高系統(tǒng)可靠性一般采用哪些技術(shù)?【問題2】王工帶領(lǐng)的可靠性研究團隊之所以沒能快速取得軟件可靠性問題的技術(shù)突破，其核心原因是他們沒有搞懂高可靠性軟件應(yīng)具備的特點。軟件可靠性一般致力于系統(tǒng)性地減少和消除對軟件程序性能有不利影響的系統(tǒng)故障。除非被修改，否則軟件系統(tǒng)不會隨著時間的推移而發(fā)生退化。請根據(jù)你對軟件可靠性的理解，給出下表所列出的硬件可靠性特征與其對應(yīng)的軟件可靠性特征之間的差異或相似之處，將答案寫在答題紙上?！締栴}3】王工帶領(lǐng)的可靠性研究團隊在分析了大量相關(guān)資料基礎(chǔ)上，提出軟件的質(zhì)量和可靠性必須在開發(fā)過程構(gòu)建到軟件中，也就是說，為了提高軟件的可靠性，必須在需求分析、設(shè)計階段開展軟件可靠性籌劃和設(shè)計。研究團隊針對本公司承擔(dān)的飛行控制系統(tǒng)制定出了一套飛控軟件的可靠性設(shè)計要求。飛行控制系統(tǒng)是一種雙余度同構(gòu)型系統(tǒng)，輸入采用了獨立的兩路數(shù)據(jù)通道，在系統(tǒng)內(nèi)完成輸入數(shù)據(jù)的交叉對比、表決、制導(dǎo)率計算，輸出數(shù)據(jù)的交叉對比、表決、輸出等功能，系統(tǒng)的監(jiān)控模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)失效或失步的檢測與定位。其軟件的可靠性設(shè)計包括恢復(fù)塊方法和N版本程序設(shè)計方法。請根據(jù)恢復(fù)塊方法工作原理完成下圖，在(1)～(4)中填入恰當(dāng)?shù)膬?nèi)容。并比較恢復(fù)塊方法與N版本程序設(shè)計方法，將比較結(jié)果(5)～(8)填入下表中。答案:問題1：系統(tǒng)可靠性定義：系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)及規(guī)定的環(huán)境條件下，完成規(guī)定功能的能力，就是系統(tǒng)無故障運行的概率。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《軟件工程產(chǎn)品質(zhì)量第1部分：質(zhì)量模型》(GB/T16260.1-2006)的規(guī)定，系統(tǒng)可靠性包括：成熟性、容錯性、易恢復(fù)性和可靠性的依從性4個子特性。提高系統(tǒng)可靠性一般采用以下4類技術(shù)：(1)冗余技術(shù)；(2)軟件容錯技術(shù)；(3)雙機容錯技術(shù)；(4)集群技術(shù)。問題2：(1)從硬件角度分析，由于硬件一旦生產(chǎn)完成，其可靠性指標(biāo)將會隨著使用時間延長而逐步老化，從而帶來可靠性降低，即呈現(xiàn)失效率服從浴缸曲線；而軟件不存在隨時間延長而老化的現(xiàn)象，因此，在不考慮軟件演化的情況下，失效率在統(tǒng)計上是非增的。(2)由于硬件是由多種電子器件組成，即使不使用，材料劣化也會導(dǎo)致失效；而軟件就不同了，軟件一旦調(diào)試完成，固化到設(shè)備中，在不考慮存儲介質(zhì)的老化因素的前提下，即使不使用該軟件，軟件也永遠(yuǎn)不會發(fā)生失效。(3)由于硬件存在可更換性，其硬件通過維修，可恢復(fù)原始狀態(tài)；而對于軟件而言，一旦需要維護，必然是存在需求更改、程序存在bug等現(xiàn)象，其維護必然會創(chuàng)建新的軟件代碼。(4)一般而言，硬件失效存在一個發(fā)展過程，在發(fā)生故障之前必然會有報警現(xiàn)象出現(xiàn)，而軟件失效之前很少會有警告。問題3：1．恢復(fù)塊方法：(1)主塊(2)驗證測試(3)輸出正確結(jié)果(4)異常處理2．恢復(fù)塊方法與N版本程序設(shè)計的比較(5)表決(6)反向恢復(fù)(7)差(8)好解析:[問答題]2.閱讀以下關(guān)于應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)的說明，回答下列問題。某軟件公司擬開發(fā)一套貿(mào)易綜合管理系統(tǒng)，包括客戶關(guān)系管理子系統(tǒng)和商品信息管理子系統(tǒng)兩部分?？蛻絷P(guān)系管理子系統(tǒng)主要管理客戶信息，并根據(jù)貿(mào)易業(yè)務(wù)需要頻繁向客戶發(fā)送相關(guān)的電子郵件、短信等提醒信息。商品信息管理子系統(tǒng)主要為客戶提供商品信息在線查詢功能，包括商品基本信息、實時庫存與價格等。在對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計時，公司項目組的架構(gòu)師王工主張采用文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，原因是目前公司客戶和商品數(shù)量不大，且系統(tǒng)功能較為簡單，采用文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理簡單直觀，開發(fā)周期短。架構(gòu)師李工則建議采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，原因在于公司目前正處在高速擴張期，雖然目前的客戶和商品數(shù)量不大，但隨著公司快速發(fā)展，需要管理的數(shù)據(jù)必然飛速膨脹，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲層，系統(tǒng)的擴展性更強，并能夠?qū)ξ磥砜赡茉黾拥膹?fù)雜業(yè)務(wù)提供有效支持。經(jīng)過討論，項目組初步采納了李工的意見，決定采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲客戶數(shù)據(jù)，并針對業(yè)務(wù)特征對系統(tǒng)性能進行優(yōu)化?！締栴}1】請從設(shè)計難度、數(shù)據(jù)冗余程度、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用擴展性等4個方面對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和文件系統(tǒng)兩種數(shù)據(jù)存儲方式進行比較，填寫下表中(1)～(4)。[問題2]對系細(xì)核心業(yè)務(wù)需求進行認(rèn)真分析后，公司的資深架構(gòu)張工提出-一種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的混合存儲架構(gòu)。其核心思想是將需要頻繁讀寫的數(shù)據(jù)存入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，而將相對固定不變的數(shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫。請首先分析比較內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)模型、讀寫性能、存儲容里、可靠性等方面的差異，填寫下表4-2中(1)~(4)的空白，并根據(jù)張工的思路指定各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲方式，填寫第二個表中(5)~(9)中的空白。[問題3]系統(tǒng)開發(fā)完成進行壓力測試時，發(fā)現(xiàn)在較大數(shù)據(jù)里的情況下，部分業(yè)務(wù)查詢響應(yīng)時間過長，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)其主要原因是部分SQL查詢語句效率低下。請判斷下表中的SQL語句設(shè)計策略哪些可能會提升查詢效率，哪些可能會降低查詢效率，在(1)~(4)中填入?提升?或"降低?。答案:問題一：(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要符合關(guān)系模式，設(shè)計難度較大(2)可能在多個文件中復(fù)制相同的數(shù)據(jù)屬性，數(shù)據(jù)冗余較大(3)以應(yīng)用系統(tǒng)為中心組織、管理數(shù)據(jù)(4)數(shù)據(jù)獨立于應(yīng)用系統(tǒng)，很容易在不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間共享數(shù)據(jù)問題二：(1)Key-Value模式(鍵-值對模式)(2)外存讀寫，性能相對較低(3)基于內(nèi)存存儲，存儲容量受限(4)恢復(fù)機制復(fù)雜，可靠性較低(5)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(6)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(7)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(8)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(9)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫問題三：(1)提升(2)降低(3)降低(4)提升解析:[問答題]3.閱讀以下關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計建模的說明，回答下列問題?！菊f明】某公司擬研制一款高空監(jiān)視無人直升機，該無人機采用遙控一自主復(fù)合型控制實現(xiàn)垂直升降。該直升機飛行控制系統(tǒng)由機上部分和地面部分組成，機上部分主要包括無線電傳輸設(shè)備、飛控計算機、導(dǎo)航設(shè)備等，地面部分包括遙控操縱設(shè)備、無線電傳輸設(shè)備以及地面綜合控制計算機等。其主要工作原理是地面綜合控制計算機負(fù)責(zé)發(fā)送相應(yīng)指令，飛控計算機按照預(yù)定程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能。經(jīng)過需求分析，對該無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制基本功能整理如下：(a)飛控計算機加電后，應(yīng)完成系統(tǒng)初始化，飛機進入準(zhǔn)備起飛狀態(tài)；(b)在準(zhǔn)備起飛狀態(tài)中等待地面綜合控制計算機發(fā)送起飛指令，飛控計算機接收到起飛指令后，進入垂直起飛狀態(tài)；(c)垂直起飛過程中如果飛控計算機發(fā)現(xiàn)飛機飛行異常，飛行控制系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入無線電遙控飛行狀態(tài)，地面綜合控制計算機發(fā)送遙控指令；(d)垂直起飛達(dá)到預(yù)定起飛高度后，飛機應(yīng)進入高度保持狀態(tài)；(e)飛控計算機在收到地面綜合控制計算機發(fā)送的目標(biāo)高度后，飛機應(yīng)進入垂直升降狀態(tài)，接近目標(biāo)高度；垂直升降過程中出現(xiàn)飛機飛行異常，控制系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入無線電遙控飛行；(f)飛機到達(dá)目標(biāo)高度后，應(yīng)進入高度保持狀態(tài)，完成相應(yīng)的任務(wù)；(g)飛機在接到地面綜合控制計算機發(fā)送的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束指令后，進入飛機降落狀態(tài)；(h)飛機降落過程中如果出現(xiàn)飛機飛行異常，控制系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入無線電遙控飛行；(i)飛機降落到指定著陸高度后，進入飛機著陸狀態(tài)，應(yīng)按照預(yù)定著陸算法，進行著陸；(j)無線電遙控飛行中，地面綜合控制計算機發(fā)送著陸指令，飛機進入著陸狀態(tài)，應(yīng)按照預(yù)定著陸算法，進行著陸?！締栴}1】狀態(tài)圖和活動圖是軟件系統(tǒng)設(shè)計建模中常用的兩種手段，請用200字以內(nèi)文字簡要說明狀態(tài)圖和活動圖的含義及其區(qū)別。【問題2】根據(jù)題干中描述的基本功能需求，架構(gòu)師王工通過對需求的分析和總結(jié)給出了無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制狀態(tài)圖(如下圖)。請根據(jù)題干描述，提煉出相應(yīng)狀態(tài)及條件，并完善下圖所示狀態(tài)圖中的(1)～(5)，并回答下列問題無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制狀態(tài)圖【問題3】根據(jù)題目中描述的基本功能需求，架構(gòu)師王工給出了無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制的頂層活動圖(如下圖)。請根據(jù)題干描述，完善下圖活動圖中的(1)～(9)，并回答下列問題。答案:問題1：狀態(tài)圖：用來描述一個特定對象的所有可能狀態(tài)以及其引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件?；顒訄D：用來描述操作的行為，也用于描述用例和對象內(nèi)部的工作過程。兩者有本質(zhì)區(qū)別：狀態(tài)圖和活動圖用于不同的目的，狀態(tài)圖著重描述一系列的狀態(tài)及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移，狀態(tài)間的變遷需要外部事件的觸發(fā)?；顒訄D用于捕獲動作及動作的結(jié)果，活動圖中一個活動結(jié)束將立即進入下一個活動，是內(nèi)部處理驅(qū)動的流程。問題2：(1)垂直起飛狀態(tài)(2)飛機飛行異常(3)高度保持狀態(tài)(4)垂直升降狀態(tài)(5)無線電遙控飛行狀態(tài)問題3：(1)地面綜合控制計算機(2)下傳起飛就緒信息(3)垂直起飛(4)高度保持(5)發(fā)送目標(biāo)高度(6)垂直升降(7)發(fā)送任務(wù)結(jié)束指令(8)飛機降落(9)無線電遙控飛行解析:[問答題]4.閱讀以下關(guān)于軟件架構(gòu)評估的說明，回答下列問題。某軟件公司擬為某市級公安機關(guān)開發(fā)一套特種車輛管理與監(jiān)控系統(tǒng)，以提高特種車輛管理的效率和準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)需求分析與架構(gòu)設(shè)計階段，用戶提出的部分需求和關(guān)鍵質(zhì)量屬性場景如下：(a)系統(tǒng)用戶分為管理員、分管領(lǐng)導(dǎo)和普通民警等三類；(b)正常負(fù)載情況下，系統(tǒng)必須在0.5秒內(nèi)對用戶的車輛查詢請求進行響應(yīng)；(c)系統(tǒng)能夠抵御99.999%的黑客攻擊；(d)系統(tǒng)的用戶名必須以字母開頭，長度不少于5個字符；(e)對查詢請求處理時間的要求將影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和處理過程的設(shè)計；(f)網(wǎng)絡(luò)失效后，系統(tǒng)需要在2分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)并啟用備用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(g)在系統(tǒng)升級時，需要保證在1個月內(nèi)添加一個新的消息處理中間件；(h)查詢過程中涉及到的車輛實時視頻傳輸必須保證20幀/秒的速率，且畫面具有600×480的分辨率；(i)更改系統(tǒng)加密的級別將對安全性和性能產(chǎn)生影響；(j)系統(tǒng)主站點斷電后，需要在3秒內(nèi)將請求重定向到備用站點；(k)假設(shè)每秒中用戶查詢請求的數(shù)量是10個，處理請求的時間為30毫秒，則?在1秒內(nèi)完成用戶的查詢請求?這一要求是可以實現(xiàn)的；(l)對用戶信息數(shù)據(jù)的授權(quán)訪問必須保證99.999%的安全性；(m)目前對?車輛信息實時監(jiān)控?業(yè)務(wù)邏輯的描述尚未達(dá)成共識，這可能導(dǎo)致部分業(yè)務(wù)功能模塊的重復(fù)，影響系統(tǒng)的可修改性；(n)更改系統(tǒng)的Web界面接口必須在1周內(nèi)完成；(o)系統(tǒng)需要提供遠(yuǎn)程調(diào)試接口，并支持系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)試。在對系統(tǒng)需求和質(zhì)量屬性場景進行分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的架構(gòu)師給出了三個候選的架構(gòu)設(shè)計方案。公司目前正在組織系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)人員對系統(tǒng)架構(gòu)進行評估?！締栴}1】在架構(gòu)評估過程中，質(zhì)量屬性效用樹(utilitytree)是對系統(tǒng)質(zhì)量屬性進行識別和優(yōu)先級排序的重要工具。請給出合適的質(zhì)量屬性，填入圖1中(1)、(2)空白處；并干描述中的(a)～(o)，將恰當(dāng)?shù)男蛱柼钊?3)～(6)空白處，完成該系統(tǒng)的效用樹【問題2】在架構(gòu)評估過程中，需要正確識別系統(tǒng)的架構(gòu)風(fēng)險、敏感點和權(quán)衡點，并進行合理的架構(gòu)決策。請用300字以內(nèi)的文字給出系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)險、敏感點和權(quán)衡點的定義，并從題干描述中的(a)～(o)各選出1個屬于系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)險、敏感點和權(quán)衡點的描述。答案:敏感點是指為了實現(xiàn)某種特定的質(zhì)量屬性，一個或多個系統(tǒng)組件所具有的特性。權(quán)衡點是指影響多個質(zhì)量屬性，并對多個質(zhì)量屬性來說都是敏感點的系統(tǒng)屬性。題干描述中，(m)描述的是系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)險；(e)描述的是敏感點；(i)描述的是權(quán)衡點。系統(tǒng)的架構(gòu)風(fēng)險、敏感點和權(quán)衡點是對質(zhì)量屬性效用樹進行分析的主要依據(jù)，根據(jù)相關(guān)概念，題干中?對查詢請求處理時間的要求將影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和處理過程的設(shè)計?描述的是敏感點；?目前對?車輛信息實時監(jiān)控?業(yè)務(wù)邏輯的描述尚未達(dá)成共識，這可能導(dǎo)致部分業(yè)務(wù)功能模塊的重復(fù)，影響系統(tǒng)的可修改性?描述的是系統(tǒng)的架構(gòu)風(fēng)險；?更改系統(tǒng)加密的級別將對安全性和性能產(chǎn)生影響?描述的是權(quán)衡點。解析:[問答題]5.閱讀以下關(guān)于Web系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計的敘述，回答下列問題。某信息技術(shù)公司計劃開發(fā)一套在線投票系統(tǒng)，用于為市場調(diào)研、信息調(diào)查和銷售反饋等業(yè)務(wù)提供服務(wù)。該系統(tǒng)計劃通過大量宣傳和獎品鼓勵的方式快速積累用戶，當(dāng)用戶規(guī)模擴大到一定程度時，開始聯(lián)系相關(guān)企業(yè)提供信息服務(wù)，并按照信息服務(wù)種類和用戶投票數(shù)量收取費用。為了降低開發(fā)成本和提高開發(fā)效率，項目組經(jīng)過討論后決定采用輕量級JavaEE開發(fā)框架設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)。在應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計中，除了滿足系統(tǒng)主要功能需求，還需要考慮的因素包括：1.項目開發(fā)采用MySQL，數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，但將來可能移植到其他數(shù)據(jù)庫平臺；2.系統(tǒng)開發(fā)過程中盡可能降低或者消除SQL語