2015年系統(tǒng)架構(gòu)師考試科目二：案例分析

2015年系統(tǒng)架構(gòu)師考試科目二：案例分析閱讀以下關(guān)于軟件架構(gòu)評估的說明，在答題紙上回答問題1和問題2?！绢}目】效率和準確性。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：系統(tǒng)用戶分為管理員、分管領(lǐng)導(dǎo)和普通民警等三類；正常負載情況下，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)99.999%的黑客攻擊；5個字符；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)2分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)并啟用備用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；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；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；更改系統(tǒng)加密的級別將對安全性和性能產(chǎn)生影響；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；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”這一要求是呵以實現(xiàn)的；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；目前對“車輛信息實時監(jiān)控”業(yè)務(wù)邏輯的描述尚未達成共識，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；Web1周內(nèi)完成；系統(tǒng)需要提供遠程調(diào)試接口，并支持系統(tǒng)的遠程調(diào)試。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。1】(12分)在架構(gòu)評估過程中，質(zhì)量屬性效用樹(utihtytree)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1-1中(1)-(2)空白處；并選擇題干描述中的(a)～(o)，將恰當?shù)男蛱柼钊?3)～(6)空白處，完成該系統(tǒng)的效用樹。120171題、20144題類似】質(zhì)量屬性效用包括：性能、安全性、可用性、可修改性。~(2)空白處分別為安全性、可修改性。(3)~(6)空白處分別為：—(h)—性能：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600*480的分辨率。—(l)99.999%的安全性。(5)—(j)—可用性：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。(6)—(n)Web1周內(nèi)完成。2】(13分)在架構(gòu)評估過程中；需要正確識別系統(tǒng)的架構(gòu)風險、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)風險、敏感點和權(quán)衡點的定義，并從題干描述中的(a)～(o)1個屬于系統(tǒng)架構(gòu)風險、敏感點和權(quán)衡點的描述。2解析】系統(tǒng)架構(gòu)風險：架構(gòu)設(shè)計中潛在的、存在問題的架構(gòu)決策所帶來的隱患(m)。系統(tǒng)架構(gòu)敏感點：為了實現(xiàn)某種特定的質(zhì)量屬性，一個或多個構(gòu)件所具有的特性(e)。系統(tǒng)架構(gòu)權(quán)衡點：影響多個質(zhì)量屬性的特征，是多個質(zhì)量屬性的敏感點(i：安全性和性能)。13?！绢}目】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：飛控計算機加電后，應(yīng)完成系統(tǒng)初始化，飛機進入準備起飛狀態(tài)；在準備起飛狀態(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)；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；垂直起飛達到預(yù)定起飛高度后，飛機應(yīng)進入高度保持狀態(tài)；飛控計算機在收到地面綜合控制計算機發(fā)送的目標高度后，飛機應(yīng)進入垂直升降狀態(tài)，接近目標高度；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；飛機到達目標高度后，應(yīng)進入高度保持狀態(tài)，完成相應(yīng)的任務(wù)；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；預(yù)定著陸算法，進行著陸。1】(6分)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。1解析】列，引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件(event)，以及因狀態(tài)轉(zhuǎn)移而伴隨的動作(action)?；顒訄D可以用于描述系統(tǒng)的工作流程和并發(fā)行為?；顒訄D其實可看作狀態(tài)圖的特殊形式，活動圖中一個活動結(jié)束后將立即進入下一個活動(在狀態(tài)圖中狀態(tài)的轉(zhuǎn)移可能需要事件的觸發(fā))。兩者最大的區(qū)別是：狀態(tài)圖側(cè)重于描述行為的結(jié)果，而活動圖側(cè)重描述行為的動作。其次活動圖可描述并發(fā)行為，而狀態(tài)圖不能。2】(10分)制系統(tǒng)縱向控制狀態(tài)圖(圖2-1)。請根據(jù)題干描述，提煉出相應(yīng)狀態(tài)及條件，并完善圖2-1所示狀態(tài)圖中的(1)～(5)，將答案填寫在答題紙中。2解析】

2-1無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制狀態(tài)圖在解答本題時，首先需要對題目中描述的基本功能需求(a)~(j)進行分析與梳理，確定系統(tǒng)控制中的所有狀態(tài)以及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換條件，再結(jié)合問題2中已經(jīng)給出的狀態(tài)，完成其余狀態(tài)及條件的設(shè)計。3】(9分)動圖(2-2)2-2活動圖的(1)-(9)，將答案填寫在答題紙中。3解析】

2-2無人直升機控制系統(tǒng)縱向控制頂層活動圖應(yīng)用。泳道活動圖，是將一個活動圖中放入活動狀態(tài)進行分組，每一組表示一個特定的類或者對象，它們負責完成組內(nèi)的活動。每個活動都明確屬于一個泳道，不可以跨越泳道，而轉(zhuǎn)移則可以跨越泳道。在解答本題時，首先需要對題目中描述的基本功能需求進行分析與梳理，確定題目中存在哪些硬件設(shè)備與飛控計算機進行交互，以及設(shè)備間的交互關(guān)系，再結(jié)合問題3中已經(jīng)給出的活動，完成其余活動及設(shè)備的設(shè)計。閱讀以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)可靠性設(shè)計方面的描述，回答問題13。【題目】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，5人組建可靠性研究團隊，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同的方法。1】(9分)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性一般采用哪些技術(shù)？1解析】可靠性(Reliability)是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。子特性：成熟性，容錯性，易恢復(fù)性，可靠性的依從性。提高可靠性的技術(shù)：N版本程序設(shè)計恢復(fù)塊方法防衛(wèi)式程序設(shè)計雙機熱備或集群系統(tǒng)冗余設(shè)計2】(8分)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，給出表3-1所列出的硬件可靠性特征對應(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。2解析】不考慮軟件演化的情況下，失效率在統(tǒng)計上是非增的如果不使用該軟件，永遠不會發(fā)生失效軟件維護會創(chuàng)建新的軟件代碼軟件失效之前很少會有報警3】(8分)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、一輸出等功能，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寵位。其軟件的可靠性設(shè)計包括恢復(fù)塊方法和N3-1，在(1)～(4)中填入恰當?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)填入表3-2中。3-1恢復(fù)塊方法3-2恢復(fù)塊方法與N版本程序設(shè)計的比較3解析】主塊驗證測試(4)異常處理表決(7)差(8)好l至問題3?！绢}目】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。1】(8分)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，填寫表4-1中(1)～(4)。4-1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和文件系統(tǒng)存儲方式比較1解析】針對特定應(yīng)用系統(tǒng)，難度較大?？赡茉诙鄠€文件中復(fù)制相同的數(shù)據(jù)屬性，數(shù)據(jù)冗余較大。以應(yīng)用為中心管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫獨立于應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接口標準化，易于在不同應(yīng)用之間共享數(shù)據(jù)。2】(13分)對系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)需求進行認真分析后，公司的資深架構(gòu)師張工提出一種內(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、存儲容量、可靠性等方面的差異，填寫表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，填寫表4-3中(5)～(9)中的空白。4-2內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫比較主要數(shù)據(jù)模型讀寫性能存儲容量可靠性內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(1)內(nèi)存直接讀寫，性能相對較高(3)(4)關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式(2)基于存盤存儲，存儲容量大內(nèi)建恢復(fù)機制，可靠性較高4-3業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲方式2解析】主要數(shù)據(jù)模型讀寫性能主要數(shù)據(jù)模型讀寫性能存儲容量可靠性內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Key-Value模式(鍵-值對模式)內(nèi)存直接讀寫，性能相對較高基于內(nèi)存存儲，存儲容量受限恢復(fù)機制復(fù)雜，可靠性較低關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式外存讀寫，性能相對較低基于存盤存儲，存儲容量大內(nèi)建恢復(fù)機制，可靠性較高Key-Value模式外存讀寫，性能相對較低(4)恢復(fù)機制復(fù)雜，可靠性較低第二小問：根據(jù)貿(mào)易綜合管理系統(tǒng)的需求描述，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，并實時更新商品庫存信息和商品價格信息，因此混合存儲架構(gòu)中，將客戶電子郵件、基本信息相對穩(wěn)定、訪問頻率較低，存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。3】(4分)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)量的情況下，部分業(yè)務(wù)查詢響應(yīng)時間過長，SQL4-4SQL語句設(shè)計(1)~(4)中填入“提升”或“降低”。SQL設(shè)計策略對性能的影響3解析】SQL語句設(shè)計時，影響查詢效率的設(shè)計原則是：查詢時盡量不要返回不需要的行、列；需要進行多表連接查詢時，盡量使用連接查詢，避免使用子查詢結(jié)構(gòu)；NOTIN、NOTEXIST、LIKE等使用全表查詢的操作；盡量避免使用DISTINCT關(guān)鍵字(1)提升降低降低提升Web13?！绢}目】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：項目開發(fā)采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，一但將來可能移植到其它數(shù)據(jù)庫平臺；系統(tǒng)開發(fā)過程中盡可能降低或者消除SQL語句開發(fā)的工作量；投票系統(tǒng)中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系復(fù)雜，需要支持數(shù)據(jù)對象的聚合和繼承等關(guān)系。項目組基于MVC模式設(shè)計出了投票系統(tǒng)的架構(gòu)，包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和數(shù)據(jù)層。在具體討論數(shù)據(jù)持久層采用哪種技術(shù)方案時，老王建議采用成熟的HibernateiBatis更加靈活，更適合作為投票系統(tǒng)數(shù)據(jù)持久層開發(fā)技術(shù)。1】(5分)請用3001解析】數(shù)據(jù)持久層是一組軟件服務(wù)，將應(yīng)用程序與該程序所使用的數(shù)據(jù)源分離，為整個項目提供一個統(tǒng)一、安全、并發(fā)的數(shù)據(jù)持久機制。好處：1、程序代碼重用性強，即使更換數(shù)據(jù)庫，只需要更改配置文件，不必重寫程序代碼。2、業(yè)務(wù)邏輯代碼可讀性強，在代碼中不會有大量的SQL語言，提高程序的可讀性。3、持久化技術(shù)可以自動優(yōu)化，以減少對數(shù)據(jù)庫的訪問量，提高程序運行效率。4、簡化開發(fā)工作，讓開發(fā)人員更關(guān)注于業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)。5、通過對象/關(guān)系映射向業(yè)務(wù)邏輯提供面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)訪問。2】(12分)針對在線投票系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求和要求，項目組應(yīng)選用哪種技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)持久層？請用200字以內(nèi)文字說明其采用該技術(shù)的原因。2解析】1、項目組應(yīng)選Hibernate框架2、選擇該技術(shù)的原因是：從移植的角度來看使用Hibernate更容易移植到其它數(shù)據(jù)庫平臺。Hibernate與具體數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)只需在XML文件中配置即可，所有的HQL語句與具體使用的數(shù)據(jù)庫無關(guān)，移植性很好。MyBatis項目中所有的SQL語句都是依賴所用的數(shù)據(jù)庫的，所以不同數(shù)據(jù)庫類型的支持不好。使用Hibernate能降低或者消除SQLHibernate提供了方法完成持SQL的熟練掌握，便可完成任務(wù)。Hibernate提供了對象狀態(tài)管理的功能，使開發(fā)者不再需要理會底層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的細MyBatis在這一塊沒有文檔說明，用戶需要對對象自己進行詳細的管理。3】(8分)數(shù)據(jù)持久層是Web應(yīng)用系統(tǒng)框架中重要的組成部分，主流的數(shù)據(jù)持久層技術(shù)分別基于不同5-1中(1)-(4)處分別根據(jù)(a)~(d)所列技術(shù)的方案類別填入其序號。5-1數(shù)據(jù)持久層技術(shù)分類BMP,CMPiBatis/MyBatisSprmgJdbcTemplateTopLink,JDO,Hibernate3解析】(1)(c)(2)(b)(3)(d)(4)(a)【問題分析】iBatisapacheO/RMapping解決方案，iBatis最大的特點就是能夠滿足你的要求又足夠靈活的iBatisMybatis了。EJB有兩種主要類型BMP(Beanmanagedpersistence)和CMP(Containermanagedpersistence這兩種類型各有優(yōu)缺點。BMP是在Bean中完成對數(shù)據(jù)庫JDBC的各種調(diào)用，也就是說，在你的實體bean(entitybean)SQL語句，如"insert.."或"select..",并且使用Datasource獲得一個數(shù)據(jù)庫資源以及連接(connection)從而對數(shù)據(jù)庫直接進行增加刪除修改。CMP是由EJB容器自動完成對數(shù)據(jù)庫的操作，你所有做的，就是在實體bean重寫入SetXXXgetXXXejb-jar.xmlcmp-field就可以。ernateernate的Rpping實現(xiàn)了和數(shù)據(jù)庫表之間的映射，以及SQL的自動生成和執(zhí)行。程序員往往只需定義好了POJO到數(shù)據(jù)庫表的映射關(guān)系，即可通過Hibernate提供的方法完成持久層操作。程序員甚至不需要SQL的熟練掌握，Hibernate/OJBSQL并調(diào)JDBC接口加以執(zhí)行。iBATIS的著力點，則在于POJO與SQL之間的映射關(guān)系。然后通過映射配置文件，將SQL所需的參數(shù)，以及返回的結(jié)果字段映射到指定POJO。相對Hibernate“O/R”而言，iBATIS是一種“SqlMappingORM實現(xiàn)。Hibernate的調(diào)優(yōu)方案制定合理的緩存策略；Session管理機制；使用批量抓取，設(shè)定合理的批處理參數(shù)（batch_size）;O/R映射設(shè)計Mybatis調(diào)優(yōu)方案MyBatis在Session方面和Hibernate的Session生