《系统架构设计师》案例分析真题

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1 问答题 1分

阅读以下关于Web系统架构设计的教述，在答题纸上回答问题1至问题3。

【说明】

某公司拟开发一个智能家居管理系统，该系统的主要功能需求如下：1)用户可使用该系统客户端实现对家居设备的控制，且家居设备可向客户端反馈实时状态；2)支持家居设备数据的实时存储和查询；3)基于用户数据，挖掘用户生活习惯，向用户提供家居设备智能化使用建议。

基于上述需求，该公司组建了项目组，在项目会议上,张工给出了基于家庭网关的传统智能家居管理系统的设计思路，李工给出了基于云平台的智能家居系统的设计思路。经过深入讨论，公司决定采用李工的设计思路。

【问题1】 (8分)

请用400字以内的文字简要描述基于家庭网关的传统智能家居管理系统和基于云平台的智能家居管理系统在网关管理、数据处理和系统性能等方面的特点，以说明项目组选择李工设计思路的原因。

【问题2】 (12分)

请从下面给出的(a) ~ (j) 中进行选择，补充完善图5-1中空(1) ~ (6)处的内容，协助李工完成该系统的架构设计方案。

(a) Wi-FI

(b) 蓝牙

?驱动程序

(d)数据库

(e)家庭网关

(f)云平台

(g)微服务

(h)用户终端

(i)鸿蒙

(j)TCP/IP

【问题3】 (5分)

该系统需实现用户终端与服务端的双向可靠通信，请用300字以内的文字从数据传输可靠性的角度对比分析TCP和UDP通信协议的不同，并说明该系统应采用哪种通信协议

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正确答案：

本题解析：

【问题1标准答案】

网关管理：云平台更强，可以实现远程网关管理，可以对不同地点的多种设备进行统一管理，管理能力更强。

数据处理：数据一般经由网关传递到云上数据库中，再进行处理，这样对数据进行分析、挖掘更便利，同时存储在云端，数据更安全，有容灾能力。

系统性能：数据存在云上数据库中，通信效率更高，同时云也有更强的数据处理能力，所以会更高效。

【问题2标准答案】

（1）（h）用户终端

（2）（i）鸿蒙

（3）（f）云平台

（4）（d）数据库

（5）（e）家庭网关

（6）（c）驱动程序

【问题3标准答案】

该系统应采用TCP协议，这样才能保障用户终端和服务端之间的双向可靠通信。

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP之所以可靠，是因为建立连接时有3次握手，通信时有回应机制，所以丢了包，能重传以保障通信可靠性。

UDP是一种面向无连接的传输层通信协议，丢了包不会重传，所以不能保障通信可靠性

2 问答题 1分

某医院拟委托软件公司开发一套预约挂号管理系统，以便为患者提供更好的就医体验,为医院提供更加科学的预约管理。本系统的主要功能描述如下:

(a)注册登录

(b)信息浏览

(c)账号管理

(d)预约挂号

(e)查询与取消预约

(F)号源管理

(g)报告查询

(h)预约管理

(i)报表管理

(j)信用管理

【问题1】 (6 分)

若采用面向对象方法对预约挂号管理系统进行分析,得到如图2-1所示的用例图。请将合适的参与者名称填入图2-1中的(1)和(2)处，使用题干给出的功能描述(a)(j)，完善用例(3)(12)的名称，将正确答案填在答题纸上。

【问题2】 (10分)

预约人员(患者)登录系统后发起预约挂号请求，进入预约界面。进行预约挂号时使用数据库访问类获取医生的相关信息，在数据库中调用医生列表，并调取医生出诊时段表，将医生出诊时段反馈到预约界面，并显示给预约人员；预约人员选择医生及就诊时间后确认预约，系统反馈预约结果，并向用户显示是否预约成功。

采用面向对象方法对预约挂号过程进行分析，得到如图2-2所示的顺序图，使用题干中给出的描述，完善图2-2中对象(1),及消息(2)~(4)的名称，将正确答案填在普题纸上请简要说明在描述对象之间的动态交互关系时，协作图与顺序图存在哪些区别？

【问题3】 (9分)

采用面向对象方法开发软件，通常需要建立对象模型、动态模型和功能模型，请分别介绍这3种模型,并详细说明它们之间的关联关系，针对上述模型，说明哪些模型可用于软件的需求分析？

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正确答案：

本题解析：

【问题1标准答案】

（1）系统管理员

（2）患者

（3）（a）注册登录

（4）-（8）（c）账号管理（f）号源管理（h）预约管理（i）报表管理（j）信用管理

（9）-（12）（b）信息浏览（d）预约挂号（e）查询与取消预约（g）报告查询

【问题2标准答案】

（1）预约人员（患者）

（2）预约挂号请求

（3）显示医生可预约时段

（4）显示预约是否成功

顺序图强调的是对象交互的时间次序。通信图强调的是对象之间的组织结构。

【问题3标准答案】

对象模型描述了系统的静态结构，一般使用对象图来建模。对象模型是整个体系中最基础，最核心的部分。

动态模型描述了系统的交互次序，一般使用状态图来建模。

功能模型描述了系统的数据变换，一般使用数据流图来建模。

相互关系：

对象模型描述了动态模型和功能模型所操作的数据结构，对象模型中的操作对应于动态模型中事件和功能模型中的函数；

动态模型描述了对象模型的控制结构，告诉我们哪些决策是依赖于对象值，哪些引起对象的变化，并激活功能；

功能模型描述了由对象模型中操作和动态模型中动作所激活的功能，而功能模型作用在对象模型说明的数据上，同时还表示了对对象值的约束

3 问答题 1分

阅读以下关于数据库设计的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3。

【说明】

某医药销售企业因业务发展，需要建立线上药品销售系统，为用户提供便捷的互联网药品销售服务、该系统除了常规药品展示、订单、用户交流与反馈功能外,还需要提供当前热销产品排名、评价分类管理等功能。通过对需求的分析，在数据管理上初步决定采用关系数据库（MySQL）和数据库缓存（Redis）的混合架构实现。

经过规范化设计之后，该系统的部分数据库表结构如下所示。

供应商（供应商ID，供应商名称，联系方式，供应商地址）；

药品（药品ID，药品名称，药品型号，药品价格，供应商ID）；

药品库存（药品ID，当前库存数量）；

订单（订单号码，药品ID，供应商ID，药品数量，订单金额）。

【问题1】 (9分)

在系统初步运行后，发现系统数据访问性能较差。经过分析，刘工认为原来数据库规范化设计后，关系表过于细分,造成了大量的多表关联查询，影响了性能。例如当用户查询商品信息时，需要同时显示该药品的信息、供应商的信息、当前库存等信息。

为此，刘工认为可以采用反规范化设计来改造药品关系的结构，以提高查询性能。修改后的药品关系结构为:

药品(药品ID,药品名称，药品型号，药品价格,供应商ID，供应商名称，当前库存数量) ;

请用200字以内的文字说明常见的反规范化设计方法，并说明用户查询商品信息应该采用哪种反规范化设计方法

【问题2】 (9分)

王工认为，反规范化设计可提高查询的性能，但必然会带来数据的不一致性问题。请用200字以内的文字说明在反规范化设计中，解决数据不一致性问题的三种常见方法，并说明该系统应该采用哪种方法。

【问题3】 (7分)

该系统采用了Redis来实现某些特定功能(如当前热销药品排名等)，同时将药品关系数据放到内存以提高商品查询的性能，但必然会造成Redis和MySQL的数据实时同步问题。

(1) Redis的数据类型包括String、 Hash、 List、 Set和ZSet等，请说明实现当前热销药品排名的功能应该选择使用哪种数据类型。

(2)请用200字以内的文字解释说明解决Redis和MySQL数据实时同步问题的常见方案

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正确答案：

本题解析：

【问题1标准答案】

常见的反规范化技术包括：

（1）增加冗余列：增加冗余列是指在多个表中具有相同的列，它常用来在查询时避免连接操作。

（2）增加派生列：增加派生列指增加的列可以通过表中其他数据计算生成。它的作用是在查询时减少计算量，从而加快查询速度。

（3）重新组表：重新组表指如果许多用户需要查看两个表连接出来的结果数据，则把这两个表重新组成一个表来减少连接而提高性能。

（4）分割表：有时对表做分割可以提高性能。

用户查询商品信息应该采用：增加冗余列。

用户查询商品信息时，需要显示药品信息（药品表中），供应商信息（供应商表），库存信息（库存表中） ，此时查询的是药品表，但表中缺了供应商的信息和库存信息，可以通过增加冗余列的方式把这些信息并过来。以避免连接操作带来的查询性能下降。

【问题2标准答案】

针对反规范化数据不一致问题，可采用的解决方案包括：

1、触发器数据同步

2、应用程序数据同步

3、物化视图

或者说：批处理维护，应用逻辑，触发器

【问题3标准答案】

（1）热销药品排名适合用：ZSet，即有序集合类型

（2）

1、实时同步方案，先查缓存，查不到再从DB查询，并保存到缓存；更新缓存时先更新数据库，再将缓存设置过程期更新缓存。

2、异步队列方式同步，可采用消息中间件处理。

3、通过数据库插件完成数据同步。

4、利用触发器进行缓存同步。

另一种答案：

引用MYSQL的事务，因为事物有一致性保证，事务提交更新之后再更新缓存。

通过数据库中间件产品来保证缓存和数据库是实时同步的。

在缓存里面引用一些访问控制位，数据库数据变化之后，同步变更对应的访问控制位，然后从缓存查询时，率先判断该访问控制位，有变化就从数据库查，无变化直接从缓存返回数据。

4 问答题 1分

某公司拟开发一套机器学习应用开发平台，支持用户使用浏览器在线进行基于机器学习的智能应用开发活动。该平台的核心应用场景是用户通过拖拽算法组件灵活定义机器学习流程，采用自助方式进行智能应用设计、实现与部署，并可以开发新算法组件加入平台中。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)平台用户分为算法工程师、软件工程师和管理员等三种角色，不同角色的功能界面有所不同；

(b)平台应该具备数据库保护措施，能够预防核心数据库被非授权用户访问；

(c)平台支持分布式部署，当主站点断电后，应在20秒内将请求重定向到备用站点；

(d)平台支持初学者和高级用户两种界面操作模式，用户可以根据自己的情况灵活选择合适的模式；

(e)平台主站点宕机后，需要在15秒内发现错误并启用备用系统；

(f)在正常负载情况下，机器学习流程从提交到开始执行，时间间隔不大于5秒；

(g)平台支持硬件扩容与升级，能够在3人天内完成所有部署与测试工作；

(h)平台需要对用户的所有操作过程进行详细记录，便于审计工作；

(i)平台部署后，针对界面风格的修改需要在3人天内完成;

(j)在正常负载情况下，平台应在0.5秒内对用户的界面操作请求进行响应；

(k)平台应该与目前国内外主流的机器学习应用开发平台的界面风格保持一致；

(l)平台提供机器学习算法的远程调试功能，支持算法工程师进行远程调试。

在对平台需求、质量属性描述和架构特性进行分析的基础上，公司的架构师给出了三种候选的架构设计方案，公司目前正在组织相关专家对平台架构进行评估。

【问题1】 (9分)

在架构评估过程中，,质量属性效用树(utility tree)是对系统质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域入图1-1中(1)、(2)空白处,并从题干中的(a)-(i)中选择合适的质量属性描述,填入(3)-(6)空白处，完成该平台的效用树。

【问题2】 (16分)

针对该系统的功能，赵工建议采用解释器(interpreter)架构风格，李工建议采用管道过滤器(ppe-and-hlter)的架构风格，王工则建议采用隐式调用(implicit invocation)架构风格。请针对平台的核心应用场景，从机器学习流程定义的灵活性和学习算法的可扩展性两个方面对三种架构风格进行对比与分析，并指出该平台更适合采用哪种架构风格

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正确答案：

本题解析：

【问题1标准答案】

（1）性能

（2）可修改性

（3）（e）可用性

（4）（j）性能

（5）（h）安全性

（6）（i）可修改

【问题2标准答案】

本题系统中有多个应用场景提到了系统分角色有不同的操作流程与界面，以及在修改扩充系统时，需要能够在限定时间内快速完成任务。基于这样的情况，我们从两方面进行分析：

解释器：机器学习流程定义的灵活性高，可扩展能力强，因为解释器风格可以通过自定义流程规则及配套流程解释引擎开发，做到用户层面的流程完全定义，而不需要修改代码，所以无论是修改已有的业务流程，还是要扩展不同的角色，创建新角色的流程都非常便利。

管道过滤器：机器学习流程定义的灵活性较低，可扩展能力较弱，因为管道过滤器是把数据处理职能做成过滤器，把数据传递做成管道，此时如果流程不发生变化，是可以通过这种方式实现的，但一旦流程变化，或是扩展功能，需要对过滤器进行修改调整，或是流程在程序层面重建，此时必须修改代码完成任务。

隐式调用：机器学习流程定义的灵活性一般，可扩展能力一般，隐式调用强调的是通过间接方式进行调用，如采用事件机制，要完成某个动作时先触发事件，事件与相关动作关联，以提升灵活度，本题中可把角色执行业务的流程用事件触发。这种做法比管道过滤器强，但弱于完全自定义的解释器。

5 问答题 1分

阅读以下关于数据管理的方案设计，在答题纸上回答问题1至问题3。

【说明】

互联网公司因业务发展要建立网上平台为用户提供一个对网络文化产品进行评论 (小说，电影等)交流的平台，该平台的部分功能如下

(a)用户帖子的评论计数器

(b)支持粉丝列表功能

(c)支持标签管理

(d )支持共同好友功能

(e)提供排名功能

(f)用户的信息结构化存储

(g)提供好友信息的发布/订阅功能。

该系统在性能上需要考虑高性能，并发，以支持大量的用户同时访问，经过考虑，在数据管理上，决定采用Redis+数据库的解决方案。

【问题1】

Recdis支持丰富的类型，请选择题干描述的（a）-（g）功能选项。填入表4-1中（1）-（5）空白处。

【问题2】

缓存中存储当前的热点数据Redis为每个key值都设置了过期时间，以提高缓存命中率，为了消除非热点数据Redis选择了定期删除加惰性删除策略。如果该策略失效Redis内存使用率会越来越高，一般采用内存淘汰机制来解决。 请用100字以内的文字，简要描述该策略的失效场景，并给出三种内存淘汰机制。

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正确答案：

本题解析：

问题1

(1)a (2)b (3) c d (4)f (5)e

问题2

由于redis定期删除是周期性轮询redis库中的时效性数据，采用随机抽取的策略，利用过期数据占比的方式控制删除频度，不可能扫描清除掉所有过期的key并删除，而惰性策略就是在客户端访问这个key的时候，对过期时间进行检查，如果过期了就立即删除。如果一些key定期删除没有抽取到，惰性删除也未触发，这样redis的内存占用会越来越高，此时就需要内存淘汰机制。

常用的内存淘汰机制：

(1)volatile-lru：从已设置过期时间的数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰。

(2)volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集中挑选将要过期的数据淘汰。

(3)volatile-random：从已设置过期时间的数据集中任意选择数据淘汰。

(4)volatile-lfu：从已设置过期时间的数据集挑选使用频率最低的数据淘汰。

(5)allkeys-lru：从数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰

(6)allkeys-lfu：从数据集中挑选使用频率最低的数据淘汰。

(7)allkeys-random：从数据集(server.db[i].dict)中任意选择数据淘汰

(8)no-enviction(驱逐)：禁止驱逐数据，这也是默认策略。

（任选其中三种）

6 问答题 1分

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。该系统的重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，系统应该在0.2s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措施，能够对黑客的攻击行为进行检测和防御

d）系统主站点断电后应在3s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15s内发现错误，并启用备用系统

g）在正常负载情况下，户的代码提交请求应在0.5s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

i）系统需要针对代码仓库的所有操作进行详细记录；便于后期查阅与审计

j）更改系统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，该公司的系统架构师给出了两种方案，分别是管道-过滤器和仓库风格。

【问题1】（13分）

请问该需求应该采用哪一种风格。表1-1是对这两种风格分别从数据处理方式、系统拓展方式和处理性能三个方面进行了比较，请填写表1-1中（1）～（4）处的空白。

问题2】（12分）

1、请分析题干中的需求描述，填写图1-2中(1)～(6)处的空白。

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正确答案：

本题解析：

【问题1】

1.应该采用仓库风格。（5分）

2.表（1）-（4）空的空白分别为：（8分）

（1）文件或模型驱动机制，处理流程事先不确定，交互性强

（2）数据与处理紧耦合，以接口适配方式实现扩展

（3）中央系统构件体现系统状态，系统执行没有确定的顺序，效能调低？

（4）共享中心数据，加载共享数据，性能调高？

【问题2】（12分）

（1）安全性

（2）可修改性

（3）g

（4）i

（5）f

（6）j

7 问答题 1分

某软件公司承担了某项国家重点项目的研制工作，任务重点是参考国外汽车电子发展趋势，开发某汽车公司的企业汽车电子基础软件的架构，逐步实现汽车企业未来技术发展规划。

该软件公司接收此项任务后，调动全体技术人员深入收集国外相关技术资料，经过多方调研和分析，公司提出遵照国际组织最新推出的AUTOSAR规范，按统筹规划、分步骤实施的原则，实现汽车公司的基础软件架构设计。图3-1给出了AUTOSAR规范所定义的工作包，图中灰色部分代表本项目工作所包含的内容，即软件架构和基础软件。

图3-1 AUTOSAR定义的工作包

【问题1】（7分）

AUTOSAR规范中要求，汽车电子软件开发流程应尽量满足并发、可多次迭代的特性。为了定义汽车电子的软件开发过程，公司李工和王工分别提出了两种软件开发流程，其开发流程见图3-2和3-3（图中ECU是指汽车电子中的电子控制单元）。请说明李工和王工谁定义的流程更符合AUTOSAR的规定，并说明理由。

图3-2 李工设计的流程

图3-3 王工设计的流程

【问题2】（10分）

图3-1中的II-1.1.1项中定义了软件架构和操作系统的要求，图3-4是满足AUTOSAR定义的操作系统各功能模块的层次结构，请说明（1）~（5）箭头所标的具体操作含义。

图3-4 AUTOSAR定义的操作系统结构

【问题3】（8分）

AUTOSAR是一种开放式架构，用150字以内的文字，说明采用AUTOSAR架构的主要优点，并说明汽车电子ECU覆盖汽车的哪三个领域。

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正确答案：

本题解析：

【问题1】

李工设计的流程符合AUTOSAR要求，理由是：

李工定义的流程是将软件组件描述、系统描述和ECU资源描述同时定义，而王工定义的流程仅仅只做系统描述；

王工定义的流程没有考虑软件组件的描述，只是简单将软件组件作为第4步被集成；

李工定义的ECU软件开发流程的优势是明确了顶层定义阶段，并行度高，迭代清晰。

【问题2】

（1）操作系统的警报管理发现ECU系统出错时，启动错误处理程序；

（2）错误处理程序将具体动作交由进程管理完成对发生错误的任务进行处理；

（3）错误处理程序产生一个错误事件；

（4）任务控制块处理程序调用资源管理功能，实现硬件资源重分配；

（5）任务控制块处理程序通知事件管理，对错误事件进行应答。

【问题3】

采用AUTOSAR开放式架构的优点是：

（1）可以有效支持多厂家汽车电子基础软件的研制；

（2）有利于软件的重用，可根据不同的ECU结构，通过数据配置，自动生成各种ECU软件组件；

（3）AUTOSAR定义的软件框架，支持了汽车电子软件的全生存周期，包括构架、开发、测试、验证、授权、版本和接口；

AUTOSAR规范覆盖整个汽车电子的三大领域：动力、底盘、车身。

8 问答题 1分

某软件公司开发一项基于数据流的软件，其系统的主要功能是对输入的数据进行多次分析、处理和加工，生成需要的输出数据。需求方对该系统的软件可靠性要求很高，要求系统能够长时间无故障运行。该公司将该系统设计交给王工负责。王工给出该系统的模块示意图如图5-1所示。王工解释：只要各个模块的可靠度足够高，失效率足够低，则整个软件系统的可靠性是有保证的。

图5-1 王工建议的软件系统模块示意图

李工对王工的方案提出了异议。李工认为王工的说法有两个问题：第一，即使每个模块的可靠度足够高，假设各个模块的可靠度均为0.99，但是整个软件系统模块之间全部采用串联，则整个软件系统的可靠度为0.994=0.96，即整个软件系统的可靠度下降明显；第二，软件系统模块全部采用串联结构，一旦某个模块失效，则意味着整个软件系统失效。

李工认为，应该在软件系统中采用冗余技术中的动态冗余或者软件容错的N版本程序设计技术，对容易失效或者非常重要的模块进行冗余设计，将模块之间的串联结构部分变为并联结构，来提高整个软件系统的可靠性。同时，李工给出了采用动态冗余技术后的软件系统模块示意图，如图5-2所示。

图5-2 李工建议的系统模块示意图

刘工建议，李工方案中M1和M4模块没有采用容错设计，但M1和M4发生故障有可能导致严重后果。因此，可以在M1和M4模块设计上采用检错技术，在软件出现故障后能及时发现并报警，提醒维护人员进行处理。

注：假设各个模块的可靠度均为0.99

【问题1】（4分）

在系统可靠性中，可靠度和失效率是两个非常关键的指标，请分别解释其含义。

【问题2】（13分）

请解释李工提出的动态冗余和N版本程序设计技术，给出图5-1中模块M2采用图5-2动态冗余技术后的可靠度。

请给出采用李工设计方案后整个系统可靠度的计算方法，并计算结果。

【问题3】（8分）

请给出检错技术的优缺点，并说明检测技术常见的实现方式和处理方式。

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正确答案：

本题解析：

【问题1】

可靠度就是系统在规定的条件下、规定的时间内不发生失效的概率。

失效率又称风险函数，也可以称为条件失效强度，是指运行至此刻系统未出现失效的情况下，单位时间系统出现失效的概率。

【问题2】

动态冗余又称为主动冗余，它是通过故障检测、故障定位及故障恢复等手段达到容错的目的。其主要方式是多重模块待机储备，当系统检测到某工作模块出现错误时，就用一个备用的模块来替代它并重新运行。各备用模块在其待机时，可与主模块一样工作，也可以不工作。前者叫热备份系统（双重系统），后者叫冷备份系统（双工系统、双份系统）。

N版本程序设计是一种静态的故障屏蔽技术，其设计思想是用N个具有相同功能的程序同时执行一项计算，结果通过多数表决来选择。其中N个版本的程序必须由不同的人独立设计，使用不同的方法、设计语言、开发环境和工具来实现，目的是减少N个版本的程序在表决点上相关错误的概率。

M2采用动态冗余后的可靠度为：

R = 1 -（1-0.99）3 =0.999999

李工给出的方案同时采用了串联和并联方式，其计算方法为首先计算出中间M2和M3两个并联系统的可靠度，再按照串联系统的计算方法计算出整个系统的可靠度。

R = 0.99×0.999999×0.999999× 0.99 = 0.98

【问题3】

检错技术实现的代价一般低于容错技术和冗余技术，但有一个明显的缺点，就是不能自动解决故障，出现故障后如果不进行人工干预，将最终导致软件系统不能正常运行。

检错技术常见的实现方式：最直接的一种实现方式是判断返回结果，如果返回结果超出正常范围，则进行异常处理；计算运行时间也是一种常用技术，如果某个模块或函数运行时间超过预期时间，可以判断出现故障；还有置状态标志位等多种方法，自检的实现方式需要根据实际情况来选用。

检错技术的处理方式，大多数都采用“查处故障-停止软件运行-报警”的处理方式。但根据故障的不同情况，也有采用不停止或部分停止软件系统运行的情况，这一般由故障是否需要实时处理来决定。

9 问答题 1分

某公司拟开发一个商业情报处理系统，使公司能够及时针对市场环境的变化及时调整发展战略，以获取最大的商业利益。项目组经过讨论，决定采用结构化分析和设计方法。在系统分析阶段，为了更好地对情报数据处理流程及其与外部角色的关联进行建模，项目组成员分别给出了自己的设计思路：

（1）小张提出先构建系统流程图（System Flowcharts），以便更精确地反映系统的业务处理过程及数据的输入和输出；

（2）小李提出先构建系统数据流图（Data Flow Diagrams），来展现系统的处理过程和定义业务功能边界，并给出了情报分类子系统的0层和1层数据流图，后者如图2-1所示。

图2-1 情报分类子系统的1层数据流图

项目组经讨论确定以数据流图作为本阶段的建模手段。工程师老王详细说明了流程图和数据流图之间的区别与联系，并指出了图2-1的数据流图中存在的错误。

【问题1】（11分）

流程图和数据流图是软件系统分析设计中常用的两种手段，请用300字以内文字简要说明流程图与数据流图的含义及其区别，并说明项目组为何确定采用数据流图作为建模手段。

【问题2】（8分）

请分析指出图2-1所示的数据流图中存在的错误及其原因，并针对图2-1的1层数据流图绘制出情报分类子系统的0层数据流图。

【问题3】（6分）

高质量的数据流图是可读的、内部一致的并能够准确表示系统需求。请用300字以内文字说明在设计高质量的数据流图时应考虑的三个原则。

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正确答案：

本题解析：

【问题1】

数据流图作为一种图形化工具，用来说明业务处理过程、系统边界内所包含的功能和系统中的数据流。

流程图以图形化的方式展示应用程序从数据输入开始到获得输出为止的逻辑过程，描述处理过程的控制流。

两者的区别主要包括：

（1）数据流图中的处理过程可并行；流程图在某个时间点只能处于一个处理过程。

（2）数据流图展现系统的数据流；流程图展现系统的控制流。

（3）数据流图展现全局的处理过程，过程之间遵循不同的计时标准；流程图中处理过程遵循一致的计时标准。

（4）数据流图适用于系统分析中的逻辑建模阶段；流程图适用于系统设计中的物理模阶段。

【问题2】

如图所示的数据流图中存在的错误有以下4种：

（1）“分类训练”加工：只有输入没有输出，产生数据黑洞；

（2）“分类处理”加工：有输出没有输入，无中生有；

（3）“规则文件”数据流：外部实体没有经过加工处理，直接到数据存储；

（4）“配置信息”数据流：外部实体之间没有加工处理，存在直接数据流。

【问题3】

高质量数据流图设计时应考虑的三个原则：

（1）复杂性最小化原则。DFD分层结构就是把信息划分为小的且相对独立的一大批子集例子，这样就可以单独考查每一个DFD。如果要了解某个过程更加详的信息，可以跳转到该过程的下一层；如果要知道一个DFD如何与其他DFD相关联，可以跳转到上一层的DFD进行考查。

（2）接口最小化原则。接口最小化是复杂性最小化的一种具体规则。在设计模式时，应使得模型中各个元素之间的接口数或连接数最小化。

（3）数据流一致性原则。一个过程和它的过程分解在数据流内容中是否有差别 是否存在有数据流出但没有相应的数据流入的加工 是否存在有数据流入但没有相应的数据流出的加工

10 问答题 1分

RMO是一家运动服装制造销售公司，计划在五年时间内将销售区域从华南地区扩展至全国范围。为了扩大信息技术对于未来业务发展的价值，公司邀请咨询顾问帮助他们制订战略信息系统规划。经过评审，咨询顾问给出的战略规划要点之一是建立客户关系支持系统CRSS。RMO公司决定由其技术部成立专门的项目组负责CRSS的开发和维护工作。

项目组在仔细调研和分析了系统需求的基础上，确定了基于互联网的CRSS系统架构。但在确定系统数据架构时，张工认为应该采用集中式的数据架构，给出的理由是结构简单、易维护且开发及运行成本低；而刘工建议采用分布式的数据架构，并提出在开发中通过“局部数据库+缓存”的读写分离结构实现，具有较好的运行性能和可扩展性。

项目组经过集体讨论，考虑到公司的未来发展规划，最终采用了刘工的建议。

【问题1】（8分）

请用300字以内的文字，说明张工和刘工提出的数据架构的基本思想。

【问题2】（13分）

在刘工建议的基础上，为了避免CRSS系统的单点故障，请用200字以内文字简要说明如何建立CRSS的数据库系统；对于数据的读取、添加、更改和删除操作分别如何实现。

【问题3】（4分）

RMO公司销售区域将在未来五年大面积扩展，其潜在客户数量也会因此大幅度增加，所以良好的可扩展性是CRSS系统所必需的质量属性。请分别说明在集中式和分布式数据架构下，可以采用哪些方法提升系统的可扩展性。

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正确答案：

本题解析：

【问题1】

（1）张工提出的集中式数据架构是由一个处理器、与它相关联的数据存储设备以及其他外围设备组成，它被物理地定义到单个位置。系统提供数据处理能力，用户可以在同样的站点上操作，也可以在地理位置隔开的其他站点上通过远程终端来操作。系统及其数据管理被某个或中心站点集中控制。

（2）刘工提出的分布式数据架构使用多个计算机系统上的多个局部数据库系统构成，数据可以在多个不同的局部数据库中进行传送，由不同的数据库管理系统软件进行管理，运行在多种不同的计算机上，支持多种不同的操作系统。这些机器位于（或分布在）不同的地理位置并通过多种通信网络连接在一起。企业数据可以分布在不同的计算机上，一个应用程序可以操作位于不同地理位置的机器上的数据。

【问题2】

读写分离架构利用了数据库的复制技术，将数据的读和写分布在不同的处理节点上，从而达到提高可用性和扩展性的目的。

CRSS的分布式数据库系统需要由多个局部数据库系统、多个热备份数据库系统和多个数据缓存组成。局部数据库负责数据的写入，多个热备份数据库系统用以解决单点故障的问题，数据缓存负责为应用提供所读取的数据。

（1）读取数据：应用访问缓存，如果命中则返回，否则从局部数据库系统中读取数据并将数据加载到缓存后返回。

（2）添加数据：采用延迟加载策略，应用将数据直接写入局部数据库。

（3）更改数据：应用更改局部数据库中的数据，将缓存中的数据标记为失效。

（4）删除数据：应用删除局部数据库中的数据，将缓存中的数据标记为失效。

【问题3】

张工提出的集中式数据架构通过向上扩展（Scale Up）提升系统的可扩展性。具体的实现方式包括硬件扩容（增加CPU数量、内存容量、磁盘数量）和硬件升级（更换为高端主机或高速磁盘等）。

刘工提出的分布式数据架构通过向外扩展（Scale Out）提升系统的可扩展性。具体的实现方式包括数据复制、数据垂直切分（或/和）水平切分、缓存和全文搜索。