以下為2014年系統架構設計師考試案例分析真題：

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一、請詳細閱讀以下關于網絡設備管理系統架構設計的說明，在答題紙上回答問題1和問題2。

【說明】

某軟件公司欲開發一個網絡設備管理系統，對管理區域內的網絡設備（如路由器和交換機等）進行遠程監視和控制。公司的系統分析師首先對系統進行了需求分析，識別出如下3項核心需求：

（a）目前需要管理的網絡設備確定為10類20種，未來還將有新類別的網絡設備納入到該設備管理系統中；

（b）不同類別的網絡設備，監視和控制的內容差異較大；同一類網絡設備，監視和控制的內容相似，但不同廠商的實現方式（包括控制接口格式、編程語言等）差異較大；

（c）網絡管理員能夠在一個統一的終端之上實現對這些網絡設備的可視化呈現和管理操作。

針對上述需求，公司研發部門的架構師對網絡設備管理系統的架構進行了分析與設計，架構師王工認為該系統可以采用MVC架構風格實現，即對每種網絡設備設計一個監控組件，組件通過調用網絡設備廠商內置的編程接口對監控指令進行接收和處理；系統管理員通過管理模塊向監控組件發送監控指令，對網絡設備進行遠程管理；網絡狀態、監控結果等信息會在控制終端上進行展示。針對不同網絡設備的差異，王工認為可以對當前的20種網絡設備接口進行調研與梳理，然后通過定義統一操作接口屏蔽設備差異。李工同意王工提出的MVC架構風格和定義統一操作接口的思路，但考慮到未來還會有新類別的網絡設備接入，認為還需要采用擴展接口的方式支持系統開發人員擴展或修改現有操作接口。公司組織專家進行架構評審，最終同意了王工的方案和李工的改進意見。

【問題1】（10分）

請用300字以內的文字解釋什么是MVC架構風格以及其中的組件交互關系，并根據題干描述，指出該系統中的M、V、C分別對應什么。

【問題2】（15分）

擴展接口模式結構通常包含四個角色：基礎接口、組件、擴展接口和客戶端，它們之間的關系如圖1-1所示。

其中每個擴展接口需要通過擴展基礎接口獲得基本操作能力，然后加入自己特有的操作接口，并通過設置全局接口ID對自身接口進行標識；每個具體的組件需要實現擴展接口完成實際操作；客戶端不與組件直接交互，而需要通過與擴展接口交互提出調用請求，擴展接口根據請求查找并選擇合適的實現組件響應客戶端請求。請根據上圖所示和題干描述，指出擴展接口模式結構中的四個角色分別對應網絡設備管理系統的哪些部分；并以客戶端發起調用操作這一場景為例，填寫表1-1中的（1）～（5）。

二、請詳細閱讀以下關于系統過程建模的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

某公司正在研發一套新的庫存管理系統。系統中一個關鍵事件是接收供應商供貨。項目組系統分析員小王花了大量時間在倉庫觀察了整個事件的處理過程，并開發出該過程所執行活動的列表：供應商發送貨物和商品清單，公司收到商品后執行收貨處理，包括卸載商品、確定收到了訂單上的商品、處理與供應商的分歧等。對于已有商品，調整其庫存信息，對于新采購的商品，在庫存中添加新的商品記錄。收貨完成后，系統執行入庫處理，將商品放到倉庫對應的貨架上。在付款處理活動中，自動生成應付賬款信息，如果查詢到該供應商有待付款記錄，則進行合并付款，付款完成后消除應付賬款記錄。最后，倉庫管理員根據最新的庫存商品，調整出貨信息。

小王根據自己觀察的過程創建了該事件的1層數據流圖，如下圖所示。

圖2-1接收供應商供貨的1層數據流圖

【問題1】（8分）

請用300以內文字說明數據流圖(Data Flow Diagram)的基本元素及其作用。

【問題2】（12分）

數據流圖在繪制過程中可能出現多種語法錯誤，請分析圖2-1所示數據流圖中哪些地方有錯誤，并分別說明錯誤的類型。

【問題3】（5分）

系統建模過程中為了保證數據模型和過程模型的一致性，需要通過數據-過程-CRUD矩陣來實現數據模型和過程模型的同步，請在表2-1所示CRUD矩陣（1）～（5）中填入相關操作。

三、請詳細閱讀有關嵌入式構件設計方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

構件(component)也稱為組件，是一個功能相對獨立的具有可復用價值的軟硬件單元。近年來，構件技術正在逐步應用于大型嵌入式系統的軟件設計。某公司長期從事飛行器電子設備研制工作，已積累了大量成熟軟件。但是，由于當初管理和設計等原因，公司的大量軟件不能被復用，嚴重影響了公司后續發展。公司領導層高度重視軟件復用問題，明確提出了要將本公司的成熟軟件進行改造，建立公司可復用的軟件構件庫，以提升開發效率、降低成本。公司領導層決定將此項任務交給技術部門的王工程師負責組織實施。兩個月后，王工程師經過調研、梳理和實驗，提交了一份實施方案。此方案得到了公司領導層的肯定，但在實施過程中遇到了許多困難，主要表現在公司軟件架構的變更和構件抽取的界面等方面。

【問題1】（共9分）

請用200字以內文字說明獲取構件的方法有哪幾種？開發構件通常采用哪幾種策略？并列舉出兩種主流構件標準。

【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，將具有潛在復用價值的軟件提取出來，得到可復用的構件。因此，在設計軟件時與原開發技術人員產生了重大意見分歧，主要分歧焦點在于大家對構件概念理解上的差異。請根據你對構件的理解，判斷表3-1給出的有關構件的說法是否正確，將答案寫在答題紙上。

【問題3】（共10分）

王工程師的實施方案指出：本公司的大部分產品是為用戶提供標準計算平臺的，而此平臺中的主要開發工作是為嵌入式操作系統研制板級支持軟件(BSP)。為了提高BSP軟件的復用，應首先開展BSP構件的開發，且構件架構應符合國外GENESYS規范定義的嵌入式系統架構風格。圖3-1給出了架構風格定義的構件通用接口，其中：鏈接接口(LIF)是構件對外提供的功能服務接口；局部接口建立了構件和它的局部環境的連接，如傳感器、作動器或人機接口；技術相關接口(TDI)提供了查看構件內部、觀察構件的內部變量的手段，如診斷等；技術無關接口(TII)用來在運行時配置、復使、重啟構件的接口。現需要針對BSP中常用的RS-232串行驅動程序設計一個可復用的軟構件，請說明該軟構件四類接口的具體功能。

圖3-1 GENESYS規范定義的構件接口

四、請詳細閱讀有關軟件架構評估方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題2。

【說明】

某電子商務公司擬升級目前正在使用的在線交易系統，以提高客戶網上購物時在線支付環節的效率和安全性。公司研發部門在需求分析的基礎上，給出了在線交易系統的架構設計。公司組織相關人員召開了針對架構設計的評估會議，會上用戶提出的需求、架構師識別的關鍵質量屬性場景和評估專家的意見等內容部分列舉如下：

（a）在正常負載情況下，系統必須在0.5秒內響應用戶的交易請求；

（b）用戶的信用卡支付必須保證99.999%的安全性；

（c）系統升級后用戶名要求至少包含8個字符；

（d）網絡失效后，系統需要在2分鐘內發現錯誤并啟用備用系統；

（e）在高峰負載情況下，用戶發起支付請求后系統必須在10秒內完成支付功能；

（f）系統擬采用新的加密算法，這會提高系統安全性，但同時會降低系統的性能；

（g）對交易請求處理時間的要求將影響系統數據傳輸協議和交易處理過程的設計；

（h）需要在30人月內為系統添加公司新購買的事務處理中間件；

（i）現有架構設計中的支付部分與第三方支付平臺緊耦合，當系統需要支持新的支付平臺時，這種設計會導致支付部分代碼的修改，影響系統的可修改性；

（j）主站點斷電后，需要在3秒內將訪問請求重定向到備用站點；

（k）用戶信息數據庫授權必須保證99.999%可用；

（l）系統需要對Web界面風格進行修改，修改工作必須在4人月內完成；

（m）系統需要為后端工程師提供遠程調試接口，并支持遠程調試。

【問題1】（12分）

在架構評估過程中，質量屬性效用樹(utility tree)是對系統質量屬性進行識別和優先級排序的重要工具。請給出合適的質量屬性，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，完成該系統的效用樹。

圖4-1在線交易系統效用樹

【問題2】（13分）

在架構評估過程中，需要正確識別系統的架構風險、敏感點和權衡點，并進行合理的架構決策。請用300字以內的文字給出系統架構風險、敏感點和權衡點的定義，并從題干（a）～（m）中各選出1個對系統架構風險、敏感點和權衡點最為恰當的描述。

五、請詳細閱讀有關Web應用架構設計方面的說明，在答題紙上回答問題1至問題3。

【說明】

某軟件公司開發運維了一個社交網站系統，該系統基于開源軟件平臺LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)構建，運行一段時間以來，隨著用戶數量及訪問量的增加，系統在Web服務器負載、磁盤I/O等方面出現了明顯瓶頸，已不能滿足大量客戶端并發訪問的要求，因此公司成立了專門的項目組，擬對系統架構進行調整以提高系統并發處理能力。目前系統采用了傳統的三層結構，系統架構如圖5-1所示。

圖5-1某社交網站系統架構

【問題1】（10分）

針對目前出現的Web服務器負載過大問題，項目組決定在客戶端與中間層Web服務器之間引入負載均衡器，通過中間層Web服務器集群來提高Web請求的并發處理能力。在討論擬采用的負載均衡機制時，王工提出采用基于DNS的負載均衡機制，而李工則認為應采用基于反向代理的負載均衡機制，項目組經過討論，最終確定采用李工提出的方案。請用200字以內的文字，分別簡要說明兩個機制的基本原理；并從系統執行效率、安全性及簡易性等方面將兩種機制進行對比，將對比結果填入表5-1中。

【問題2】（7分）

針對并發數據庫訪問所帶來的磁盤I/O瓶頸問題，項目組決定在數據層引入數據庫擴展機制。經過調研得知系統數據庫中存儲的主要數據為以用戶標識為索引的社交網絡數據，且系統運行時發生的大部分數據庫操作為查詢操作。經過討論，項目組決定引入數據庫分區和MySQL主從復制兩種擴展機制。數據庫分區可采用水平分區和垂直分區兩種方式，請用350字以內的文字說明在本系統中應采用哪種方式及其原因，并分析引入主從復制機制給系統帶來的好處。

【問題3】（8分）

為進一步提高數據庫訪問效率，項目組決定在中間層與數據層之間引入緩存機制。趙工開始提出可直接使用MySQL的查詢緩存(query cache)機制，但項目組經過分析好友動態顯示等典型業務的操作需求，同時考慮已引入的數據庫擴展機制，認為查詢緩存尚不能很好地提升系統的查詢操作效率，項目組最終決定在中間層與數據層之間引入Memcached分布式緩存機制。

（a）請補充下述關于引入Memcached后系統訪問數據庫的基本過程：系統需要讀取后臺數據時，先檢查數據是否存在于（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（4）中數據發生更新時，需要將更新后的內容同步到（5）實例中。（備選答案：數據庫、Memcacbed緩存）

（b）請結合已知信息從緩存架構、緩存有效性及緩存數據類型等方面分析使用Memcached代替數據庫查詢緩存的原因。