2017年系統(tǒng)架構(gòu)師考試科目二：案例分析

2017年系統(tǒng)架構(gòu)師考試科目二：案例分析【題目】某單位為了建設(shè)健全的公路橋梁養(yǎng)護管理檔案，擬開發(fā)一套公路橋梁在線管理系統(tǒng)。在系統(tǒng)的需求分析與架構(gòu)設(shè)計階段，用戶提出的需求、質(zhì)量屬性描述和架構(gòu)特性如下：系統(tǒng)用戶分為高級管理員、數(shù)據(jù)管理員和數(shù)據(jù)維護員等三類；系統(tǒng)應(yīng)該具備完善的安全防護措施，能夠?qū)诳偷墓粜袨檫M行檢測與防御；(c)0。5秒內(nèi)對用戶的查詢請求進行響應(yīng)；(d)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；(e)系統(tǒng)的用戶名不能為中文，要求必須以字母開頭，長度不少于5個字符；(f)更改系統(tǒng)加密的級別將對安全性和性能產(chǎn)生影響；網(wǎng)絡(luò)失效后，系統(tǒng)需要在10秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)錯誤并啟用備用系統(tǒng)；查詢過程中涉及到的橋梁與公路的實時狀態(tài)視頻傳輸必須保證畫面具有1024*768的分辨率，40幀/秒的速率；在系統(tǒng)升級時，必須保證在10人月內(nèi)可添加一個新的消息處理中間件；(j)3秒內(nèi)將請求重定向到備用站點；如果每秒鐘用戶查詢請求的數(shù)量是10個，處理單個請求的時間為30毫秒，則系統(tǒng)1秒內(nèi)完成用戶的查詢請求；對橋梁信息數(shù)據(jù)庫的所有操作都必須進行完整記錄；(m)Web4人周內(nèi)完成；如果“養(yǎng)護報告生成”業(yè)務(wù)邏輯的描述尚未達成共識，可能導(dǎo)致部分業(yè)務(wù)功能模塊規(guī)則的矛盾，影響系統(tǒng)的可修改性；系統(tǒng)必須提供遠程調(diào)試接口，并支持系統(tǒng)的遠程調(diào)試。在對系統(tǒng)需求，質(zhì)量屬性描述和架構(gòu)特性進行分析的基礎(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。1】(12分)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1-1中(1)、(2)空白處；并選擇題干描述的(a)~(o)，填入(3)~(6)空白處，完成該系統(tǒng)的效用樹。120151題、20144題、20111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橋梁與公路的實時狀態(tài)視頻傳輸必須保證畫1024*768的分辨率，40幀/秒的速率?！?l)—安全性：對橋梁信息數(shù)據(jù)庫的所有操作都必須進行完整記錄。(5)—(j)—可用性：系統(tǒng)主站點斷電后，必須在3秒內(nèi)將請求重定向到備用站點。(6)—(m)Web4人周內(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(a)~(o)中分別選出1個對系統(tǒng)架構(gòu)風險、敏感點和權(quán)衡點最為恰當?shù)拿枋觥?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(n)。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(d)。系統(tǒng)架構(gòu)權(quán)衡點：影響多個質(zhì)量屬性的特性，是多個質(zhì)量屬性的敏感點(f：安全性和性能)。13?！绢}目】方式組織省內(nèi)普通高校聯(lián)合開展教育教學(xué)資源內(nèi)容建設(shè)，實現(xiàn)全省優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源整合和共享。該資源共享平臺的主要功能模塊包括：身份認證、權(quán)限分級和單點登錄等功能；共享資源管理模塊：提供教學(xué)資源申報流程服務(wù)，包括了資源申報、分類定制、資料上傳、資源審核和資源發(fā)布等功能；資源檢索、分類展示、資源評價和推薦等功能；資源元模型管理模塊：依據(jù)資源類型提供共享資源的描述屬性、內(nèi)容屬性和展示屬性，包括共享資源統(tǒng)一標準和規(guī)范、資源加工和在線編輯工具、數(shù)字水印和模板定制等功能；系統(tǒng)綜合管理模塊：提供系統(tǒng)管理和維護服務(wù)，包括系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)、資源導(dǎo)入導(dǎo)出和統(tǒng)計分析等功能。項目組經(jīng)過分析和討論，決定采用基于JavaEE的MVC模式設(shè)計資源共享平臺的軟件架構(gòu)，2-1所示1】(9分)

2-1資源共享平臺軟件架構(gòu)MVC架構(gòu)中包含哪三種元素，它們的作用分別是什么?2-1JavaEE中JSP、Servlet、Service、JavaBean、DAO五種構(gòu)件分別填入空(1)~(5)所示位置。1解析】第一小問：MVC架構(gòu)包含：視圖、控制器、模型視圖（View）：視圖是用戶看到并與之交互的界面。視圖向用戶顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)，并能接收用戶的輸入數(shù)據(jù)，但是它并不進行任何實際的業(yè)務(wù)處理?？刂破鳎–ontroller）：控制器接受用戶的輸入并調(diào)用模型和視圖去完成用戶的需求。該部分是用戶界面與Model的接口。一方面它解釋來自于視圖的輸入，將其解釋成為系統(tǒng)能它處理來自于模型的事件和模型邏輯執(zhí)行的結(jié)果，調(diào)用適當?shù)囊晥D為用戶提供反饋。模型（Model）：模型是應(yīng)用程序的主體部分。模型表示業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯。一個模型能為多個視圖提供數(shù)據(jù)。第二小問：JSP、Servlet；Servlet再與后臺交互；Service與DAO交互；DAO與數(shù)據(jù)庫緊鄰。所以，(1)~(5)分別為：JSP、Servlet、Service、JavaBean、DAO。2】(6分)項目組架構(gòu)師王工提出在圖2-1所示架構(gòu)設(shè)計中加入EJB構(gòu)件，采用企業(yè)級JavaEE架構(gòu)開發(fā)資源共享平臺。請說明EJB構(gòu)件中的Bean(構(gòu)件)分為哪三種類型，每種類型Bean的職責是什么？2解析】EJB中的Bean分三種類型：SessionBean會話Bean)、EntityBean實體Bean)和Message-DrivenBean(Bean)。SessionBean的職責是：維護一個短暫的會話。EntityBean的職責是：維護一行持久穩(wěn)固的數(shù)據(jù)。Message-DrivenBean的職責是：異步接受消息。3】(10分)如果采用王工提出的企業(yè)級JavaEE(a)-(e)態(tài)和無狀態(tài)構(gòu)件分別包括哪些。IdentificationBean(身份認證構(gòu)件)ResPublishBean(資源發(fā)布構(gòu)件)ResRetrievalBean(資源檢索構(gòu)件)OnlineEditBean(在線編輯構(gòu)件)StatisticsBean(統(tǒng)計分析構(gòu)件)3解析】(a)、(b)、(d)無狀態(tài)：(c)、(e)擴展：無狀態(tài)的Bean適合用不變模式，技術(shù)就是單例模式，這樣可以共享實例，提高性能。有狀態(tài)的Bean，多線程環(huán)境下不安全，那么適合用Prototype原型模式。13【題目】隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人已成為當前工業(yè)界的熱點研究對象。某宇航設(shè)備公司為了擴大業(yè)務(wù)范圍，決策層研究決定準備開展工業(yè)機器人研制新業(yè)務(wù)。公司將論證工作交給了軟件架構(gòu)師王工，王工經(jīng)過分析和調(diào)研，從機器人市場現(xiàn)狀、領(lǐng)域需求、組成及關(guān)鍵技術(shù)和風險分析等方面開展了綜合論證。論證報告指出：首先，為了保障本公司機器人研制的持續(xù)性，應(yīng)根據(jù)領(lǐng)域需求選擇一種適應(yīng)的設(shè)計架構(gòu)；其次，為了規(guī)避風險，公司的研制工作不能從零開始，應(yīng)該采用國際開源社區(qū)所提供機器人操作系統(tǒng)(RobotOperatingSystem，ROS)作為機器人開發(fā)的基本平臺。在討論會上，架構(gòu)師李工提出不同意見，他認為公司針對宇航領(lǐng)域已開發(fā)了某款嵌入式實時操作系統(tǒng)，且被多種宇航裝備使用，可靠性較高。因此應(yīng)該采用現(xiàn)有架構(gòu)體系作為機器人的開發(fā)平臺。會上王工說明了機器人操作系統(tǒng)與該款操作系統(tǒng)的差別，要沿用需要進行改ROS的意見。1】(5分)王工擬采用的ROS具有分布式進程框架，以點對點設(shè)計以及服務(wù)和節(jié)點管理器方式，使得執(zhí)行程序可以各自獨立地設(shè)計，松散地、實時地組合起來。這些進程可以按照功能包和功能包集的方式分組，因而可以容易地分享和發(fā)布。請用400字以內(nèi)文字說明ROS與嵌入式實時操作系統(tǒng)的共同點，以及在實時性和任務(wù)通信方式兩個方面的差異。1解析】ROS與嵌入式實時操作系統(tǒng)的共同點：系統(tǒng)微型化系統(tǒng)專用性強軟硬件依賴性強系統(tǒng)資源受限ROS與嵌入式實時操作系統(tǒng)的差異：實性性：ROS弱于嵌入式實時操作系統(tǒng)通信方式：ROS的通信方式較為豐富，嵌入式實時操作系統(tǒng)通信方式單一。2】(10分)ROS為應(yīng)用程序間通信提供了主題(Topic)、服務(wù)(Service)和動作(Action)三種消息通信方式，每種通信方式都有其特點。請將以下給出的三類通信的主要特點填入表3-1中(1)-(5)的空白處，將答案寫在答題紙上。適合用于傳輸傳感器信息(數(shù)據(jù)流)(b)能夠知道是否調(diào)用成功(c)一對多模式服務(wù)執(zhí)行完會有反饋(g)較復(fù)雜(h)可能讓系統(tǒng)過載(數(shù)據(jù)太多)服務(wù)執(zhí)行完之前，程序會等待(j)建立通信較慢(k)可能丟失數(shù)據(jù)三類通信的主要特點類型特點主題(Topic)(a)適合用于傳輸傳感器信息(數(shù)據(jù)流)(1)(2)(h)可能讓系統(tǒng)過載(數(shù)據(jù)太多)服務(wù)(Service)(b)能夠知道是否調(diào)用成功(3)(e)服務(wù)執(zhí)行完會有反饋(4)動作(Action)(5)(g)較復(fù)雜(d)有握手信號2解析】(1)-(5)分別為：類型特點主題(Topic)(1)~(c)(2)~(k)服務(wù)(Service)(3)~(f)(4)~(i)動作(Action)(5)~(j)3】(10分)ROS的架構(gòu)定義了ROS系統(tǒng)由多個各自獨立的節(jié)點(組件)組成，并且各個節(jié)點之間可以通過發(fā)布/訂閱(Publish/Subscribe)消息模型進行通信。圖3-1給出一個簡單機器人結(jié)構(gòu)實例，請根據(jù)以下文字描述，補充圖3-1中(1)~(5)處空白，將答案寫在答題紙上。機器人開始階段，所有節(jié)點都要注冊(Registration)到Master上，注冊后，攝像頭節(jié)點聲明它要發(fā)布(Publish)一個叫做/image_data的消息。另外兩個節(jié)點（圖像處理處理節(jié)點和圖像顯示節(jié)點）聲明它們需要訂閱(Subscribe)這個/image_data消息。因此，一旦攝像頭節(jié)點收到相機發(fā)送的數(shù)據(jù)(Data)，就立即將數(shù)據(jù)/image_data直接發(fā)送到另外兩個節(jié)點。3解析】

3-1(Registration)到Master(ImageDisplayNode)ROSMaster緊鄰，所以(1)Registration。攝像頭節(jié)點聲明它要發(fā)布(Publish)一個叫做/image_data的消息，(3)為Publish。另外兩個節(jié)點（圖像處理處理節(jié)點和圖像顯示節(jié)點）聲明它們需要訂閱(Subscribe)這個/image_data消息，(4)、(5)Subscribe。一旦攝像頭節(jié)點收到相機發(fā)送的數(shù)據(jù)(Data)，意思為相機(Camera)向攝像頭節(jié)點(CameraNode)Data，(2)Data。13?！绢}目】某制造企業(yè)為拓展網(wǎng)上銷售業(yè)務(wù)，委托某軟件企業(yè)開發(fā)一套電子商務(wù)網(wǎng)站。初期僅解決基本的網(wǎng)上銷售、訂單等功能需求。該軟件企業(yè)很快決定基于。NET平臺和SQLServer數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，但在數(shù)據(jù)庫訪問方式上出現(xiàn)了爭議。王工認為應(yīng)該采用程序在線訪問的方式訪問數(shù)據(jù)庫：而李工認為本企業(yè)內(nèi)部程序員缺乏數(shù)據(jù)庫開發(fā)經(jīng)驗，而且應(yīng)用筒單，應(yīng)該采用ORM(對象關(guān)系映射)方式。最終經(jīng)過綜合考慮，該軟件企業(yè)采用了李工的建議。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，該電子商務(wù)網(wǎng)站逐漸發(fā)展成一個通用的電子商務(wù)平臺，銷售多家制造企業(yè)的產(chǎn)品，電子商務(wù)平臺的功能也日益復(fù)雜。目前急需對該電子商務(wù)網(wǎng)站進行改造，以支持對多種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)訪問，同時滿足復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理需求。該軟件企業(yè)針對上述需求，對電子商務(wù)網(wǎng)站的架構(gòu)進行了重新設(shè)計，新增加了數(shù)據(jù)訪問層，同時采用工廠設(shè)計4-1所示。4-11】(9分)請用300字以內(nèi)的文字分別說明數(shù)據(jù)庫程序在線訪問方式和ORM方式的優(yōu)缺點，說明該軟ORM的原因。1解析】ORM，即Object-RelationlMapping，它在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和對象之間作一個映射，這樣，我們在具體的操作數(shù)據(jù)庫的時候，就不需要再去和復(fù)雜的SQL語句打交道，只要像平時操作對象一樣操作即可。數(shù)據(jù)庫程序在線訪問方式優(yōu)點：1ORM好2、可以處理復(fù)雜查詢語句數(shù)據(jù)庫程序在線訪問方式缺點：1SQL語句2、修改與維護相對困難ORM優(yōu)點：1ORM可以大大降低學(xué)習和開發(fā)成本。2SQL來進行數(shù)據(jù)庫操作。3、減少程序的代碼量。4SQL代碼質(zhì)量差而帶來的影響。ORM缺點：1、不太容易處理復(fù)雜查詢語句。2SQL差。本題中的場景之所以選擇ORM，主要考慮的是程序缺數(shù)據(jù)庫開發(fā)經(jīng)驗，這樣SQL語句ORM對性能的影響。2】(9分)請用100宇以內(nèi)的文字說明新體系架構(gòu)中增加數(shù)據(jù)訪問層的原因。請根據(jù)圖4-1所示，填寫圖中空白處(1)-(3)。2解析】增加數(shù)據(jù)訪問層的原因：（題目中粗體標出）。數(shù)據(jù)管理變復(fù)雜之后，需要使用的代碼量增加，分單獨層次有利于讓邏輯更清晰。業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)以相同的方式應(yīng)對異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，此時需要單獨的數(shù)據(jù)訪問層屏蔽差異性。(1)-(3)空白處分別問：(1)執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯、(2)工廠層、(3)數(shù)據(jù)訪問接口層。3】(7分)應(yīng)用程序設(shè)計中，數(shù)據(jù)庫訪問需要良好的封裝性和可維護性，因此經(jīng)常使用工廠設(shè)計模式來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫訪問的封裝。請解釋工廠設(shè)計模式，并說明其優(yōu)點和應(yīng)用場景：請解釋說明工廠模式在數(shù)據(jù)訪問層中的應(yīng)用。工廠模式分抽象工廠與工廠方法，題目中的場景適合采用抽象工廠設(shè)計模式。抽象工廠設(shè)計模式提供一個接口，可以創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴的對象，而無需指定它們具體的類。其優(yōu)點是可以非常方便的創(chuàng)建一系列的對象，其使用場景也是創(chuàng)建系列對象的情況。在本題中，可以針對Oracle、MySQL、SQLServer分別建立抽象工廠，若指定當前工廠為Oracle工廠，則創(chuàng)建出來的數(shù)據(jù)庫連接，數(shù)據(jù)集等一系列的對象都是符合Oracle操作要求的。這樣便于數(shù)據(jù)庫之間的切換。Web13?！绢}目】某電子商務(wù)企業(yè)因發(fā)展良好，客戶量逐步增大，企業(yè)業(yè)務(wù)不斷擴充，導(dǎo)致其原有的B2C統(tǒng)需求，軟件公司召開項目組討論會議，制定系統(tǒng)設(shè)計方案。討論Web設(shè)計滿足客戶從不同設(shè)備正確訪問系統(tǒng)的需求。同時，采用增加鏡像站點、CDN內(nèi)容分發(fā)等方式解決高并發(fā)訪問量帶來的問題。李工在王量持續(xù)增加，系統(tǒng)仍存在崩潰可能。李工提出應(yīng)同時結(jié)合負載均衡、緩存服務(wù)器、web應(yīng)用服務(wù)器、勞布提文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫等方法設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。經(jīng)過項目組討論,最終決定綜合王王和李工的思路，完成新系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計。1】(5分)200Web2Web設(shè)計的實現(xiàn)方式。1解析】響應(yīng)式web設(shè)計是指我們設(shè)計與開發(fā)的頁面可以根據(jù)用戶的行為和不同的