以下為2015年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師考試案例分析真題：

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一、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。

【說明】

某軟件公司擬為某市級公安機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行評估。

【問題1】（12分）

在架構(gòu)評估過程中，質(zhì)量屬性效用樹（utility tree）是對系統(tǒng)質(zhì)量屬性進(jìn)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(dāng)?shù)男蛱柼钊?3)～(6)空白處，完成該系統(tǒng)的效用樹。

【問題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(fēng)險、敏感點和權(quán)衡點，并進(jìn)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。

二、閱讀以下關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計建模的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

某公司擬研制一款高空監(jiān)視無人直升機(jī)，該無人機(jī)采用遙控一自主復(fù)合型控制實現(xiàn)垂直升降。該直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)由機(jī)上部分和地面部分組成，機(jī)上部分主要包括無線電傳輸設(shè)備、飛控計算機(jī)、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(jī)等。其主要工作原理是地面綜合控制計算機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)送相應(yīng)指令，飛控計算機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)縱向控制基本功能整理如下：

(a)飛控計算機(jī)加電后，應(yīng)完成系統(tǒng)初始化，飛機(jī)進(jìn)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(jī)發(fā)送起飛指令，飛控計算機(jī)接收到起飛指令后，進(jìn)入垂直起飛狀態(tài)；

(c)垂直起飛過程中如果飛控計算機(jī)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)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(jī)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(jī)應(yīng)進(jìn)入高度保持狀態(tài)；

(e)飛控計算機(jī)在收到地面綜合控制計算機(jī)發(fā)送的目標(biāo)高度后，飛機(jī)應(yīng)進(jìn)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(jī)飛行異常，控制系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入無線電遙控飛行；

(f)飛機(jī)到達(dá)目標(biāo)高度后，應(yīng)進(jìn)入高度保持狀態(tài)，完成相應(yīng)的任務(wù)；

(g)飛機(jī)在接到地面綜合控制計算機(jī)發(fā)送的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束指令后，進(jìn)入飛機(jī)降落狀態(tài)；

(h)飛機(jī)降落過程中如果出現(xiàn)飛機(jī)飛行異常，控制系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入無線電遙控飛行；

(i)飛機(jī)降落到指定著陸高度后，進(jìn)入飛機(jī)著陸狀態(tài)，應(yīng)按照預(yù)定著陸算法，進(jìn)行著陸；

(j)無線電遙控飛行中，地面綜合控制計算機(jī)發(fā)送著陸指令，飛機(jī)進(jìn)入著陸狀態(tài)，應(yīng)按照預(yù)定著陸算法，進(jìn)行著陸。

【問題1】（6分）

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】（10分）

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(jī)控制系統(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。

【問題3】（9分）

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(jī)控制系統(tǒng)縱向控制的頂層活動圖（圖2-2）。請根據(jù)題干描述，完善圖2-2活動圖的（1）-（9），將答案填寫在答題紙中。

三、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1至問題3。

【說明】

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(kuò)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(tuán)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。可靠性研究團(tuán)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。

【問題1】（共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】（共8分）

王工帶領(lǐng)的可靠性研究團(tuán)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。除非祓修改，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。

【問題3】（共8分）

王工帶領(lǐng)的可靠性研究團(tuán)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(tuán)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、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圖3-1，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)填入表3-2中。

圖3-1恢復(fù)塊方法

表3-2恢復(fù)塊方法與N版本程序設(shè)計的比較

四、閱讀以下關(guān)于應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)的說明，在答題紙上回答問題l至問題3。

【說明】

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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)管理，原因在于公司目前正處在高速擴(kuò)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(kuò)展性更強(qiáng)，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(jìn)行優(yōu)化。

【問題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(kuò)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(jìn)行比較，填寫表4-1中(1)～(4)。

表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

【問題2】（13分）

對系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)需求進(jìn)行認(rèn)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。

表4-2內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫比較

表4-3業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲方式

【問題3】（4分）

系統(tǒng)開發(fā)完成進(jìn)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，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。請判斷表4-4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”。

表4-4 SQL設(shè)計策略對性能的影響

五、閱讀以下關(guān)于Web應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的敘述，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

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(kuò)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Java EE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)，一但將來可能移植到其它數(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語句開發(fā)的工作量；

(3)投票系統(tǒng)中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系復(fù)雜，需要支持?jǐn)?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Hibernate框架，小李則認(rèn)為iBatis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)。

【問題1)（5分）

請用300以內(nèi)文字說明什么是數(shù)據(jù)持久層，使用數(shù)據(jù)持久層能夠為項目開發(fā)帶來哪些好處？

【問題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。

【問題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)分別基于不同的技術(shù)方案，請在表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。

表5-1數(shù)據(jù)持久層技術(shù)分類

(a)BMP,CMP

(b)iBatis/MyBatis

(c)SprmgJdbcTemplate

(d)TopLink,JDO,Hibernate