免费智能真题库 > 历年试卷 > 系统架构设计师 > 2020年下半年 系统架构设计师 下午试卷 案例
  第1题      
  知识点：   需求分析   调试   架构设计   库管理   浏览器   评估   设计阶段   系统调试   系统架构   硬件

 
某公司拟开发一套在线软件开发系统，支持用户通过浏览器在线进行软件开发活动。该系统的主要功能包括代码编辑、语法高亮显示、代码编译、系统调试、代码仓库管理等。在需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和质量属性描述如下：
(a)根据用户的付费情况对用户进行分类，并根据类别提供相应的开发功能；
(b)在正常负载情况下，系统应在0.2秒内对用户的界面操作请求进行响应；
(c)系统应该具备完善的安全防护措施，能够对黑客的攻击行为进行检测与防御；
(d)系统主站点断电后，应在3秒内将请求重定向到备用站点；
(e)系统支持中文昵称，但用户名必须以字母开头，长度不少于8个字符；
(f)系统宕机后，需要在15秒内发现错误并启用备用系统；
(g)在正常负载情况下，用户的代码提交请求应该在0.5秒内完成；
(h)系统支持硬件设备灵活扩容，应保证在2人·天内完成所有的部署与测试工作；
(i)系统需要为针对代码仓库的所有操作情况进行详细记录，便于后期查阅与审计；
(j)更改系统的Web界面风格需要在4人·天内完成；
(k)系统本身需要提供远程调试接口，支持开发团队进行远程排错。
在对系统需求、质量属性和架构特性进行分析的基础上，该公司的系统架构的给出了两种候选的架构设计方案，公司目前正在组织相关专家对候选系统架构进行评估。
 
问题：1.1   （13分）
针对该系统的功能，李工建议采用管道-过滤器（pipe and filter)的架构风格，而王工则建议采用仓库（reposilory)架构风格。请指出该系统更适合采用哪种架构风格，并针对系统的主要功能，从数据处理方式、系统的可扩展性和处理性能三个方面对这两种架构风格进行比较与分析，填写表1-1中的（1)~（4)空白处。
 
问题：1.2   （12分）
在架构评估过程中，质量属性效用树（utility tree)是对系统质量属性进行识别和优先级排序的重要工具。请将合适的质量属性名称填入图1-1中（1)、(2)空白处，并选择题干描述的（a)~（k)填入（3)~（6)空白处，完成该系统的效用树。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 需求分析    · 调试    · 架构设计    · 库管理    · 浏览器    · 评估    · 设计阶段    · 系统调试    · 系统架构    · 硬件
 
       需求分析
        需求分析的方法种类繁多，不过如果按照分解的方式不同，可以很容易地划分出几种大类型：
        （1）结构化分析方法。本节后续内容将详细讨论SA的内容。
        （2）面向对象分析方法。将在9.4节中进行详细介绍。
        （3）面向问题域的分析（Problem Domain Oriented Analysis，PDOA）方法。PDOA更多地强调描述，而少强调建模。它的描述大致分为关注问题域和关注解系统的待求行为这两个方面。问题框架是PDOA的核心元素，是将问题域建模成为一系列相互关联的子域。也可以把问题框架看作是开发上下文图，但不同的是上下文图的建模对象是针对解系统，而问题框架则是针对问题域。也就是说，问题框架的目标就是大量地捕获更多有关问题域的信息。PDOA方法现在还在研究阶段，并未广泛应用。
               业务流程分析
               业务流程分析的目的是了解各个业务流程的过程，明确各个部门之间的业务关系和每个业务处理的意义，为业务流程的合理化改造提供建议，为系统的数据流程变化提供依据。
               业务流程分析的步骤如下：
               （1）通过调查掌握基本情况。
               （2）描述现有业务流程（绘制业务流程图）。
               （3）确认现有业务流程。
               （4）对业务流程进行分析。
               （5）发现问题，提出解决方案。
               （6）提出优化后的业务流程。
               在业务流程图中使用的基本符号如下图所示。
               
               业务流程图符号
               数据流图
               DFD是结构化分析中的重要方法和工具，是表达系统内数据的流动并通过数据流描述系统功能的一种方法。DFD还可被认为是一个系统模型，在信息系统开发中，一般将它作为需求说明书的组成部分。
               DFD从数据传递和加工的角度，利用图形符号通过逐层细分描述系统内各个部件的功能和数据在它们之间传递的情况，来说明系统所完成的功能。具体来说，DFD的主要作用如下：
               （1）DFD是理解和表达用户需求的工具，是系统分析的手段。由于DFD简明易懂，理解它不需要任何计算机专业知识，因此通过它同客户交流很方便。
               （2）DFD概括地描述了系统的内部逻辑过程，是系统分析结果的表达工具，因而也是系统设计的重要参考资料，是系统设计的起点。
               （3）DFD作为一个存档的文字材料，是进一步修改和充实开发计划的依据。
               在DFD中，通常会出现4种基本符号，分别是数据流、加工、数据存储和外部实体（数据源及数据终点）。数据流是具有名字和流向的数据，在DFD中用标有名字的箭头表示。加工是对数据流的变换，一般用圆圈表示。数据存储是可访问的存储信息，一般用直线段表示。外部实体是位于被建模的系统之外的信息生产者或消费者，是不能由计算机处理的成分，它们分别表明数据处理过程的数据来源及数据去向，用标有名字的方框表示。下图是一个典型的DFD示例。
               
               办理取款手续的DFD
               为了表达数据处理过程中的数据加工情况，用一个DFD是不够的。稍微复杂的实际问题，在DFD中常常出现十几个甚至几十个加工。这样的DFD看起来很不清楚。层次结构的DFD能很好地解决这一问题。按照系统的层次结构进行逐步分解，并以分层的DFD反映这种结构关系，能清楚地表达整个系统。
               下图给出分层DFD的示例。数据处理S包括三个子系统1、2、3。顶层下面的第一层DFD为DFD/L1，第二层的DFD/L2.1、DFD/L2.2及DFD/L2.3分别是子系统1、2和3的细化。对任何一层数据流图来说，我们称它的上层图为父图，在它下一层的图则称为子图。
               
               分层数据流图
               概括地说，画DFD的基本步骤，就是“自顶向下，逐层分解”。检查和修改的原则如下：
               （1）DFD中的所有图形符号只限于前述4种基本图形元素。
               （2）顶层DFD必须包括前述4种基本元素，缺一不可。
               （3）顶层DFD中的数据流必须封闭在外部实体之间。
               （4）每个加工至少有一个输入数据流和一个输出数据流。
               （5）在DFD中，需按层给加工框编号。编号表明了该加工处在哪一层，以及上下层的父图与子图的对应关系。
               （6）规定任何一个数据流子图必须与它上一层的一个加工对应，两者的输入数据流和输出数据流必须一致。此即父图与子图的平衡。
               （7）可以在DFD中加入物质流，帮助用户理解DFD。
               （8）图上每个元素都必须有名字。
               （9）DFD中不可夹带控制流。
               数据字典
               数据字典是关于数据的信息的集合，也就是对DFD中包含的所有元素的定义的集合。DFD和数据字典共同构成系统的逻辑模型。没有DFD，数据字典难以发挥作用；没有数据字典，DFD就不严格。只有把DFD和对DFD中每个元素的精确定义放在一起，才能共同构成系统的规格说明。
               数据字典的设计包括：数据流设计、数据元素字典设计、数据处理字典设计、数据结构字典设计和数据存储设计。这些设计涵盖了数据的采集和范围的确定等信息。在数据字典的每一个词条中应包含以下信息名称、别名或编号、分类、描述、何处使用。
               对加工的描述是数据字典的组成内容之一，常用的加工描述方法有结构化语言、判定树及判定表。
               （1）结构化语言：介于自然语言和形式语言之间的一种半形式语言，在自然语言基础之上加了一些限度，使用有限的词汇和有限的语句来描述加工逻辑。结构化语言是受结构化程序设计思想启发而扩展出来的。结构化程序设计只允许3种基本结构。结构化语言也只允许3种基本语句，即简单的祈使语句、判断语句和循环语句。与程序设计语言的差别在于结构化语言没有严格的语法规定，与自然语言的不同在于它只有极其有限的词汇和语句。结构化语言使用三类词汇：祈使句中的动词、数据字典中定义的名词及某些逻辑表达式中的保留字。
               （2）判定树：若一个动作的执行不只依赖一个条件，而与多个条件有关，那么这项策略的表达就比较复杂。如果用结构化语言的判断语句，就有多重嵌套，层次一多，可读性就会下降。用判定树来表示，可以更直观一些。
               （3）判定表：一些条件较多、在每个条件下取值也较多的判定问题，可以用判定表表示。判定表能清晰地表达复杂的条件组合与应做动作之间的对应关系，判定表的优点是能够简洁、无二义性地描述所有的处理规则。但判定表表示的是静态逻辑，是在某种条件取值组合情况下可能的结果，它不能表达加工的顺序，也不能表达循环结构，因此判定表不能成为一种通用的设计工具。
 
       调试
        调试的任务就是根据测试时所发现的错误，找出原因和具体的位置，进行改正。调试主要由程序开发人员来进行，谁开发的程序就由谁来进行调试。常用的调试方法有试探法、回溯法、对分查找法、归纳法和演绎法。
 
       架构设计
        WebApp描述了使WebApp达到其业务目标的基础结构，典型使用多层架构来构造，包括用户界面或展示层、基于一组业务规则来指导与客户端浏览器进行信息交互的控制器，以及可以包含WebApp的业务规则的内容层或模型层，描述将以什么方式来管理用户交互、操作内部处理任务、实现导航及展示内容。模型-视图-控制器（Model-View-Controller，MVC）结构是WebApp基础结构模型之一，它将WebApp功能及信息内容分离。
 
       库管理
        Cadence公司的PCB系统设计的库管理提供3个工具，分别是PCB库专家、PCB库、库浏览。
 
       浏览器
        WWW浏览器是用来浏览因特网资源的工具软件。浏览器一般由一组客户、一组解释器和一个管理它们的控制器所组成。现在使用最多的浏览器软件是Microsoft公司的Internet Explorer（IE）和Netscape公司的Communicator。
 
       评估
        评估测试不只针对物理设备，更重要的是要评估、比较各种网络技术。通常使用模拟测试配置和模拟负载进行子系统（如路由器）和网络技术（如ATM或FDDI等）的评估。评估测试不适用于全局网络，因为全局网络拓扑负载、网络设备太多，不好准确定位引起问题的原因和位置，不能进行有效的比较。多数评估测试在专用的子网测试环境中进行。
        很多公司都有其固定合作的网络设备供应商，如路由器、集线器或交换机的供应商，通常很少再做设备比较测试，但网络技术的比较测试需要经常进行。企业经常面对选择哪种技术以及怎样比较不同技术的问题，所以技术评估是评估测试中很重要的一项。
        在比较设备与技术时，除了使用专用于待测设备或技术的工程负载外，有经验的程序员也使用真实负载，使用真实负载可以了解待测设备或技术在特定环境下的运行性能。通过两种负载模式检测结果的比较，可以获知待测设备还有多少多余容量。
        评估测试与设备或技术的功能／特征测试一样，用于比较待测设备或技术的性能、稳定性、特性、易用性配置和管理等方面的功能。
        评估测试实质是衰减测试的基础，评估测试中对几种设备或技术进行比较；衰减测试中对同一设备的不同版本进行比较。测试中选择设备的标准也完全可作为验证升级版本工作正常与否的标准。尽可能多地集成在计划／设计阶段进行测试是非常好的方法，最初的产品评估测试可以被开发阶段的可接受性测试和升级阶段的衰减性测试所借鉴。
        评估测试是最常进行的测试，在设备选型、技术选型，以及网络系统升级过程中都要进行或多或少的评估测试。
        用于评估测试的负载模式和测试脚本要能有效覆盖被检测的设备和技术。常使用最好情形（工程负载）和真实负载模式进行测试，两种方式都提供了唯一的、重要的检测结果，测试人员要能够理解、解释测试结果间的不同。
        工程检测结果是被测设备和技术在最理想的情形下测试得到的结果，因此不能在真实运行环境里显示它们的运行性能；真实检测结果能很好地显示待测设备或技术在运行网络环境中的性能，但无法预测设备的总容量。如果时间允许，两种测试都要做。通常测试人员只有时间进行一种测试，一般进行最好情形的测试。许多公开发行的测试报告都是基于最好情形（工程负载）下的测试结果。
        所有的测试配置都是模拟的。用于设备比较的测试配置不一定要代表运行网络的典型配置，任何有效、公正的测试配置都能对被测产品进行很好的比较。然而，测试配置和负载越接近运行网络的配置和负载，测试的结果越能反映被测设备在运行网络中的运行情况。
        在安装和配置测试网络时必须注意：要确保配置中所有测试组件都是最新版本，使测试尽可能地公正和统一，以取得最好的测试结果。在测试非正式版时一定要小心，因为发布日期经常有错误。测试配置中安装了非正式版后，它还可能会变，所以非正式版的测试结果和正式版的测试结果经常不一致，分析非正式版的设备经常会延误项目的进行。
        进行评估测试时，除了被测设备，测试配置中的所有网络组件都要保持不变。这一点非常重要，只有这样才能保证被测设备可以进行公平比较。对于子网，这一点很容易做到（一个网络设备很容易被另一个设备所替代）。
        网络技术评估要比较各种网络技术，因而测试配置中的几个网络组件都需要更换。重要的是不要改变源或目标配置。在配置中不仅通信线路需要更换，路由器也需要更换。传输负载和端点的配置要保持不变。
        需要评估测试计划中的各个测试任务，逐步完成测试、数据收集和数据解释。在评估测试中，各测试进行的先后次序没有关系，因为它们不是线性关系，而是多次重复进行的。当在测试中发现了新的信息时，以前所做的测试可能要重新进行以确定它的测试结果，或要对以前的测试稍作改变以检验网络运行的其他方面。此外，在评估期间设备提供商经常发布新的版本或非正式的版本，所以各种基于这种设备的测试都要重新进行。
        制定网络设备、技术比较或取舍标准时，不仅要参考评估测试所得的测试结果数据，还要综合考虑其他一些信息，如各设备的性能价格比，但由于没有运行网络的持续和峰值负载要求，所以缺少比较基准，往往将产品评估测试引入歧途。
        最后要根据评估测试所得的数据和图表对网络系统作出总结性评估，并撰写网络系统评估报告。
 
       设计阶段
        设计阶段监理进行质量控制的要点如下。
        （1）了解建设单位的建设需求和对信息系统安全性的要求，协助建设单位制定项目质量目标规划和安全目标规划。
        （2）对各种设计文件提出设计质量标准。
        （3）进行设计过程跟踪，及时发现质量问题，并及时与承建单位协调解决。审查阶段性成果，并提出监理意见。审查承建单位提交的总体设计方案，审查承建单位对关键部位的测试方案。
        （4）协助承建单位建立质量保障体系。
        （5）协助承建单位完善现场质量管理制度。
        （6）组织设计文件及设计方案交底会，制定质量要求标准。
 
       系统调试
        调试的任务就是根据测试时所发现的错误，找出原因和具体的位置，进行改正。调试工作主要由程序开发人员来进行，谁开发的程序就由谁来进行调试。
        目前常用的调试方法有如下几种。
        （1）试探法。调试人员分析错误的症状，猜测问题的所在位置，利用在程序中设置输出语句，分析寄存器、存储器的内容等手段来获得错误的线索，一步步地试探和分析出错误所在。这种方法效率很低，适合于结构比较简单的程序。
        （2）回溯法。调试人员从发现错误症状的位置开始，人工沿着程序的控制流程往回跟踪代码，直到找出错误根源为止。这种方法适合于小型程序，对于大规模程序，由于其需要回溯的路径太多而变得不可操作。
        （3）对分查找法。这种方法主要用来缩小错误的范围，如果已经知道程序中的变量在若干位置的正确取值，可以在这些位置上给这些变量以正确值，观察程序运行输出结果，如果没有发现问题，则说明从赋予变量一个正确值到输出结果之间的程序没有错误，问题可能在除此之外的程序中。否则，错误就在所考察的这部分程序中，对含有错误的程序段再使用这种方法，直到把故障范围缩小到比较容易诊断为止。
        （4）归纳法。归纳法就是从测试所暴露的问题出发，收集所有正确或不正确的数据，分析它们之间的关系，提出假想的错误原因，用这些数据来证明或反驳，从而查出错误所在。
        （5）演绎法。根据测试结果，列出所有可能的错误原因。分析已有的数据，排除不可能和彼此矛盾的原因。对其余的原因，选择可能性最大的，利用已有的数据完善该假设，使假设更具体。用假设来解释所有的原始测试结果，如果能解释这一切，则假设得以证实，也就找出错误；否则，要么是假设不完备或不成立，要么有多个错误同时存在，需要重新分析，提出新的假设，直到发现错误为止。
 
       系统架构
               客户机／服务器系统
               C/S（Client/Server）结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户机端和服务器端来实现，降低了系统的通信开销。目前大多数应用软件系统都是客户机／服务器形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展，Web和客户机／服务器应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。
               浏览器／服务器系统
               B/S （Browser/Server）结构即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（浏览器）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（服务器）实现，形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本（TCO）。以目前的技术看，局域网建立B/S结构的网络应用，并通过Internet/Intranet模式下数据库应用，相对易于把握，成本也是较低的。它是一次性到位的开发，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式（如LAN，WAN, Internet/Intranet等）访问和操作共同的数据库；它能有效地保护数据平台和管理访问权限，服务器数据库也很安全。
               多层分布式系统（Multi-tier System）
               （1）概念。
               随着中间件与Web技术的发展，三层或多层分布式应用体系越来越流行。在多层体系中，各层次按照以下方式进行划分，实现明确分工：
               ①瘦客户：提供简洁的人机交互界面，完成数据的输入／输出。
               ②业务服务：完成业务逻辑，实现客户与数据库对话的桥梁。同时，在这一层中，还应实现分布式管理、负载均衡、Fail/Recover、安全隔离等。
               ③数据服务：提供数据的存储服务。一般就是数据库系统。
               （2）多层系统主要特点。
               多层系统主要特点是：
               .安全性。中间层隔离了客户直接对数据服务器的访问，保护了数据库的安全。
               .稳定性。对于要求24×7工作的业务系统，多层分布式体系提供了更可靠的稳定性。一是中间层缓冲Client与数据库的实际连接，使数据库的实际连接数量远小于Client应用数量。当然，连接数越少，数据库系统就越稳定。二是Fail/Recover机制能够在一台服务器宕机的情况下，透明地把客户端工作转移到其他具有同样业务功能的服务上。
               .易维护。由于业务逻辑在中间服务器，当业务规则变化后，客户端程序基本不做改动。
               .快速响应。通过负载均衡以及中间层缓存数据能力，可以提高对客户端的响应速度。
               .系统扩展灵活。基于多层分布体系，当业务增大时，可以在中间层部署更多的应用服务器，提高对客户端的响应，而所有变化对客户端透明。
               （3）多层系统举例。
               目前最为流行的两类多层应用架构为Sun的J2EE和Microsoft.Net，下面简单介绍J2EE的多层架构。
               
               J2EE多层应用架构
               （4）客户层。
               客户层用于与企业信息系统的用户进行交互以及显示根据特定商务规则进行计算后的结果。基于J2EE规范的客户端可以是基于Web的，也可以是不基于Web的独立（Stand Alone）应用程序。
               在基于Web的J2EE客户端应用中，用户在客户端启动浏览器后，从Web服务器中下载Web层中的静态HTML页面或由JSP或Servlets动态生成的HTML页面。
               在不基于Web的J2EE客户端应用中，独立的客户端应用程序可以运行在一些基于网络的系统中，例如手持设备或汽车电话等。同样，这些独立的应用也可以运行在客户端的Java Applet中。这种类型的客户端应用程序可以在不经过Web层的情况下直接访问部署在EJB容器（EJB Container）中的EJB组件。
               （5） Web层。
               J2EE规范定义的Web层由JSP页面、基于Web的Java Applets以及用于动态生成HTML页面的Servlets构成。这些基本元素在组装过程中通过打包来创建Web组件。运行在Web层中的Web组件依赖Web容器来支持诸如响应客户请求以及查询EJB组件等功能。
               （6）业务层。
               在基于J2EE规范构建的企业信息系统中，将解决或满足特定业务领域商务规则的代码构建成为业务层中的Enterprise JavaBean （EJB）组件。EJB组件可以完成从客户端应用程序中接收数据、按照商务规则对数据进行处理、将处理结果发送到企业信息系统层进行存储、从存储系统中检索数据以及将数据发送回客户端等功能。
               部署和运行在业务层中的EJB组件依赖于EJB容器来管理诸如事务、生命期、状态转换、多线程及资源存储等。这样由业务层和Web层构成了多层分布式应用体系中的中间层。
               （7）企业信息系统层。
               在企业应用系统的逻辑层划分中，企业信息系统层通常包括企业资源规划（ERP）系统、大型机事务处理（Mainframe Transaction Processing）系统、关系数据库系统（RDMS）及其他在构建J2EE分布式应用系统时已有的企业信息管理软件。
 
       硬件
        硬件是计算机物理设备的总称，也称为硬件设备，通常是电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置，一般分为中央处理器、存储器和输入、输出设备。
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第1题    在手机中做本题