以下為2014年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試案例分析真題：

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一、請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀以下關(guān)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的說明，在答題紙上回答問題1和問題2。

【說明】

某軟件公司欲開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)，對(duì)管理區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器和交換機(jī)等）進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。公司的系統(tǒng)分析師首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析，識(shí)別出如下3項(xiàng)核心需求：

（a）目前需要管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備確定為10類20種，未來還將有新類別的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備納入到該設(shè)備管理系統(tǒng)中；

（b）不同類別的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，監(jiān)視和控制的內(nèi)容差異較大；同一類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，監(jiān)視和控制的內(nèi)容相似，但不同廠商的實(shí)現(xiàn)方式（包括控制接口格式、編程語言等）差異較大；

（c）網(wǎng)絡(luò)管理員能夠在一個(gè)統(tǒng)一的終端之上實(shí)現(xiàn)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可視化呈現(xiàn)和管理操作。

針對(duì)上述需求，公司研發(fā)部門的架構(gòu)師對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，架構(gòu)師王工認(rèn)為該系統(tǒng)可以采用MVC架構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)，即對(duì)每種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控組件，組件通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商內(nèi)置的編程接口對(duì)監(jiān)控指令進(jìn)行接收和處理；系統(tǒng)管理員通過管理模塊向監(jiān)控組件發(fā)送監(jiān)控指令，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理；網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、監(jiān)控結(jié)果等信息會(huì)在控制終端上進(jìn)行展示。針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異，王工認(rèn)為可以對(duì)當(dāng)前的20種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口進(jìn)行調(diào)研與梳理，然后通過定義統(tǒng)一操作接口屏蔽設(shè)備差異。李工同意王工提出的MVC架構(gòu)風(fēng)格和定義統(tǒng)一操作接口的思路，但考慮到未來還會(huì)有新類別的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入，認(rèn)為還需要采用擴(kuò)展接口的方式支持系統(tǒng)開發(fā)人員擴(kuò)展或修改現(xiàn)有操作接口。公司組織專家進(jìn)行架構(gòu)評(píng)審，最終同意了王工的方案和李工的改進(jìn)意見。

【問題1】（10分）

請(qǐng)用300字以內(nèi)的文字解釋什么是MVC架構(gòu)風(fēng)格以及其中的組件交互關(guān)系，并根據(jù)題干描述，指出該系統(tǒng)中的M、V、C分別對(duì)應(yīng)什么。

【問題2】（15分）

擴(kuò)展接口模式結(jié)構(gòu)通常包含四個(gè)角色：基礎(chǔ)接口、組件、擴(kuò)展接口和客戶端，它們之間的關(guān)系如圖1-1所示。

其中每個(gè)擴(kuò)展接口需要通過擴(kuò)展基礎(chǔ)接口獲得基本操作能力，然后加入自己特有的操作接口，并通過設(shè)置全局接口ID對(duì)自身接口進(jìn)行標(biāo)識(shí)；每個(gè)具體的組件需要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展接口完成實(shí)際操作；客戶端不與組件直接交互，而需要通過與擴(kuò)展接口交互提出調(diào)用請(qǐng)求，擴(kuò)展接口根據(jù)請(qǐng)求查找并選擇合適的實(shí)現(xiàn)組件響應(yīng)客戶端請(qǐng)求。請(qǐng)根據(jù)上圖所示和題干描述，指出擴(kuò)展接口模式結(jié)構(gòu)中的四個(gè)角色分別對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)的哪些部分；并以客戶端發(fā)起調(diào)用操作這一場景為例，填寫表1-1中的（1）～（5）。

二、請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀以下關(guān)于系統(tǒng)過程建模的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

某公司正在研發(fā)一套新的庫存管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵事件是接收供應(yīng)商供貨。項(xiàng)目組系統(tǒng)分析員小王花了大量時(shí)間在倉庫觀察了整個(gè)事件的處理過程，并開發(fā)出該過程所執(zhí)行活動(dòng)的列表：供應(yīng)商發(fā)送貨物和商品清單，公司收到商品后執(zhí)行收貨處理，包括卸載商品、確定收到了訂單上的商品、處理與供應(yīng)商的分歧等。對(duì)于已有商品，調(diào)整其庫存信息，對(duì)于新采購的商品，在庫存中添加新的商品記錄。收貨完成后，系統(tǒng)執(zhí)行入庫處理，將商品放到倉庫對(duì)應(yīng)的貨架上。在付款處理活動(dòng)中，自動(dòng)生成應(yīng)付賬款信息，如果查詢到該供應(yīng)商有待付款記錄，則進(jìn)行合并付款，付款完成后消除應(yīng)付賬款記錄。最后，倉庫管理員根據(jù)最新的庫存商品，調(diào)整出貨信息。

小王根據(jù)自己觀察的過程創(chuàng)建了該事件的1層數(shù)據(jù)流圖，如下圖所示。

圖2-1接收供應(yīng)商供貨的1層數(shù)據(jù)流圖

【問題1】（8分）

請(qǐng)用300以內(nèi)文字說明數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram)的基本元素及其作用。

【問題2】（12分）

數(shù)據(jù)流圖在繪制過程中可能出現(xiàn)多種語法錯(cuò)誤，請(qǐng)分析圖2-1所示數(shù)據(jù)流圖中哪些地方有錯(cuò)誤，并分別說明錯(cuò)誤的類型。

【問題3】（5分）

系統(tǒng)建模過程中為了保證數(shù)據(jù)模型和過程模型的一致性，需要通過數(shù)據(jù)-過程-CRUD矩陣來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型和過程模型的同步，請(qǐng)?jiān)诒?-1所示CRUD矩陣（1）～（5）中填入相關(guān)操作。

三、請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀有關(guān)嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

構(gòu)件(component)也稱為組件，是一個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的具有可復(fù)用價(jià)值的軟硬件單元。近年來，構(gòu)件技術(shù)正在逐步應(yīng)用于大型嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。某公司長期從事飛行器電子設(shè)備研制工作，已積累了大量成熟軟件。但是，由于當(dāng)初管理和設(shè)計(jì)等原因，公司的大量軟件不能被復(fù)用，嚴(yán)重影響了公司后續(xù)發(fā)展。公司領(lǐng)導(dǎo)層高度重視軟件復(fù)用問題，明確提出了要將本公司的成熟軟件進(jìn)行改造，建立公司可復(fù)用的軟件構(gòu)件庫，以提升開發(fā)效率、降低成本。公司領(lǐng)導(dǎo)層決定將此項(xiàng)任務(wù)交給技術(shù)部門的王工程師負(fù)責(zé)組織實(shí)施。兩個(gè)月后，王工程師經(jīng)過調(diào)研、梳理和實(shí)驗(yàn)，提交了一份實(shí)施方案。此方案得到了公司領(lǐng)導(dǎo)層的肯定，但在實(shí)施過程中遇到了許多困難，主要表現(xiàn)在公司軟件架構(gòu)的變更和構(gòu)件抽取的界面等方面。

【問題1】（共9分）

請(qǐng)用200字以內(nèi)文字說明獲取構(gòu)件的方法有哪幾種？開發(fā)構(gòu)件通常采用哪幾種策略？并列舉出兩種主流構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)。

【問題2】（共6分）

由于該公司已具備大量的成熟軟件，王工程師此次的主要工作就是采用遺留工程(Legacy Engineering)方法，將具有潛在復(fù)用價(jià)值的軟件提取出來，得到可復(fù)用的構(gòu)件。因此，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)與原開發(fā)技術(shù)人員產(chǎn)生了重大意見分歧，主要分歧焦點(diǎn)在于大家對(duì)構(gòu)件概念理解上的差異。請(qǐng)根據(jù)你對(duì)構(gòu)件的理解，判斷表3-1給出的有關(guān)構(gòu)件的說法是否正確，將答案寫在答題紙上。

【問題3】（共10分）

王工程師的實(shí)施方案指出：本公司的大部分產(chǎn)品是為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算平臺(tái)的，而此平臺(tái)中的主要開發(fā)工作是為嵌入式操作系統(tǒng)研制板級(jí)支持軟件(BSP)。為了提高BSP軟件的復(fù)用，應(yīng)首先開展BSP構(gòu)件的開發(fā)，且構(gòu)件架構(gòu)應(yīng)符合國外GENESYS規(guī)范定義的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)格。圖3-1給出了架構(gòu)風(fēng)格定義的構(gòu)件通用接口，其中：鏈接接口(LIF)是構(gòu)件對(duì)外提供的功能服務(wù)接口；局部接口建立了構(gòu)件和它的局部環(huán)境的連接，如傳感器、作動(dòng)器或人機(jī)接口；技術(shù)相關(guān)接口(TDI)提供了查看構(gòu)件內(nèi)部、觀察構(gòu)件的內(nèi)部變量的手段，如診斷等；技術(shù)無關(guān)接口(TII)用來在運(yùn)行時(shí)配置、復(fù)使、重啟構(gòu)件的接口?，F(xiàn)需要針對(duì)BSP中常用的RS-232串行驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)一個(gè)可復(fù)用的軟構(gòu)件，請(qǐng)說明該軟構(gòu)件四類接口的具體功能。

圖3-1 GENESYS規(guī)范定義的構(gòu)件接口

四、請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀有關(guān)軟件架構(gòu)評(píng)估方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題2。

【說明】

某電子商務(wù)公司擬升級(jí)目前正在使用的在線交易系統(tǒng)，以提高客戶網(wǎng)上購物時(shí)在線支付環(huán)節(jié)的效率和安全性。公司研發(fā)部門在需求分析的基礎(chǔ)上，給出了在線交易系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。公司組織相關(guān)人員召開了針對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)的評(píng)估會(huì)議，會(huì)上用戶提出的需求、架構(gòu)師識(shí)別的關(guān)鍵質(zhì)量屬性場景和評(píng)估專家的意見等內(nèi)容部分列舉如下：

（a）在正常負(fù)載情況下，系統(tǒng)必須在0.5秒內(nèi)響應(yīng)用戶的交易請(qǐng)求；

（b）用戶的信用卡支付必須保證99.999%的安全性；

（c）系統(tǒng)升級(jí)后用戶名要求至少包含8個(gè)字符；

（d）網(wǎng)絡(luò)失效后，系統(tǒng)需要在2分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并啟用備用系統(tǒng)；

（e）在高峰負(fù)載情況下，用戶發(fā)起支付請(qǐng)求后系統(tǒng)必須在10秒內(nèi)完成支付功能；

（f）系統(tǒng)擬采用新的加密算法，這會(huì)提高系統(tǒng)安全性，但同時(shí)會(huì)降低系統(tǒng)的性能；

（g）對(duì)交易請(qǐng)求處理時(shí)間的要求將影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和交易處理過程的設(shè)計(jì)；

（h）需要在30人月內(nèi)為系統(tǒng)添加公司新購買的事務(wù)處理中間件；

（i）現(xiàn)有架構(gòu)設(shè)計(jì)中的支付部分與第三方支付平臺(tái)緊耦合，當(dāng)系統(tǒng)需要支持新的支付平臺(tái)時(shí)，這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致支付部分代碼的修改，影響系統(tǒng)的可修改性；

（j）主站點(diǎn)斷電后，需要在3秒內(nèi)將訪問請(qǐng)求重定向到備用站點(diǎn)；

（k）用戶信息數(shù)據(jù)庫授權(quán)必須保證99.999%可用；

（l）系統(tǒng)需要對(duì)Web界面風(fēng)格進(jìn)行修改，修改工作必須在4人月內(nèi)完成；

（m）系統(tǒng)需要為后端工程師提供遠(yuǎn)程調(diào)試接口，并支持遠(yuǎn)程調(diào)試。

【問題1】（12分）

在架構(gòu)評(píng)估過程中，質(zhì)量屬性效用樹(utility tree)是對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量屬性進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)先級(jí)排序的重要工具。請(qǐng)給出合適的質(zhì)量屬性，填入圖4-1中（1）、（2）空白處；并選擇題干描述的（a）～（m），填入（3）～（6）空白處，完成該系統(tǒng)的效用樹。

圖4-1在線交易系統(tǒng)效用樹

【問題2】（13分）

在架構(gòu)評(píng)估過程中，需要正確識(shí)別系統(tǒng)的架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、敏感點(diǎn)和權(quán)衡點(diǎn)，并進(jìn)行合理的架構(gòu)決策。請(qǐng)用300字以內(nèi)的文字給出系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、敏感點(diǎn)和權(quán)衡點(diǎn)的定義，并從題干（a）～（m）中各選出1個(gè)對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、敏感點(diǎn)和權(quán)衡點(diǎn)最為恰當(dāng)?shù)拿枋觥?/p>

五、請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀有關(guān)Web應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

某軟件公司開發(fā)運(yùn)維了一個(gè)社交網(wǎng)站系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于開源軟件平臺(tái)LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)構(gòu)建，運(yùn)行一段時(shí)間以來，隨著用戶數(shù)量及訪問量的增加，系統(tǒng)在Web服務(wù)器負(fù)載、磁盤I/O等方面出現(xiàn)了明顯瓶頸，已不能滿足大量客戶端并發(fā)訪問的要求，因此公司成立了專門的項(xiàng)目組，擬對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以提高系統(tǒng)并發(fā)處理能力。目前系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖5-1所示。

圖5-1某社交網(wǎng)站系統(tǒng)架構(gòu)

【問題1】（10分）

針對(duì)目前出現(xiàn)的Web服務(wù)器負(fù)載過大問題，項(xiàng)目組決定在客戶端與中間層Web服務(wù)器之間引入負(fù)載均衡器，通過中間層Web服務(wù)器集群來提高Web請(qǐng)求的并發(fā)處理能力。在討論擬采用的負(fù)載均衡機(jī)制時(shí)，王工提出采用基于DNS的負(fù)載均衡機(jī)制，而李工則認(rèn)為應(yīng)采用基于反向代理的負(fù)載均衡機(jī)制，項(xiàng)目組經(jīng)過討論，最終確定采用李工提出的方案。請(qǐng)用200字以內(nèi)的文字，分別簡要說明兩個(gè)機(jī)制的基本原理；并從系統(tǒng)執(zhí)行效率、安全性及簡易性等方面將兩種機(jī)制進(jìn)行對(duì)比，將對(duì)比結(jié)果填入表5-1中。

【問題2】（7分）

針對(duì)并發(fā)數(shù)據(jù)庫訪問所帶來的磁盤I/O瓶頸問題，項(xiàng)目組決定在數(shù)據(jù)層引入數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展機(jī)制。經(jīng)過調(diào)研得知系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的主要數(shù)據(jù)為以用戶標(biāo)識(shí)為索引的社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，且系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫操作為查詢操作。經(jīng)過討論，項(xiàng)目組決定引入數(shù)據(jù)庫分區(qū)和MySQL主從復(fù)制兩種擴(kuò)展機(jī)制。數(shù)據(jù)庫分區(qū)可采用水平分區(qū)和垂直分區(qū)兩種方式，請(qǐng)用350字以內(nèi)的文字說明在本系統(tǒng)中應(yīng)采用哪種方式及其原因，并分析引入主從復(fù)制機(jī)制給系統(tǒng)帶來的好處。

【問題3】（8分）

為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫訪問效率，項(xiàng)目組決定在中間層與數(shù)據(jù)層之間引入緩存機(jī)制。趙工開始提出可直接使用MySQL的查詢緩存(query cache)機(jī)制，但項(xiàng)目組經(jīng)過分析好友動(dòng)態(tài)顯示等典型業(yè)務(wù)的操作需求，同時(shí)考慮已引入的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展機(jī)制，認(rèn)為查詢緩存尚不能很好地提升系統(tǒng)的查詢操作效率，項(xiàng)目組最終決定在中間層與數(shù)據(jù)層之間引入Memcached分布式緩存機(jī)制。

（a）請(qǐng)補(bǔ)充下述關(guān)于引入Memcached后系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫的基本過程：系統(tǒng)需要讀取后臺(tái)數(shù)據(jù)時(shí)，先檢查數(shù)據(jù)是否存在于（1）中，若存在則直接從其中讀取，若不存在則從（2）中讀取并保存在（3）中；當(dāng)（4）中數(shù)據(jù)發(fā)生更新時(shí)，需要將更新后的內(nèi)容同步到（5）實(shí)例中。（備選答案：數(shù)據(jù)庫、Memcacbed緩存）

（b）請(qǐng)結(jié)合已知信息從緩存架構(gòu)、緩存有效性及緩存數(shù)據(jù)類型等方面分析使用Memcached代替數(shù)據(jù)庫查詢緩存的原因。