案例分析2

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质量属性

阅读以下关于软件架构设计的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3 。
【说明】
某软件公司为某品牌手机厂商开发一套手机应用程序集成开发环境，以提高开发手机应用程序的质量和效率。在项目之初，公司的系统分析师对该集成开发环境的需求进行了调研和分析，具体描述如下：
a．需要同时支持该厂商自行定义的应用编程语言的编辑、界面可视化设计、编译、调试等模块，这些模块产生的模型或数据格式差异较大，集成环境应提供数据集成能力。集成开发环境还要支持以适配方式集成公司现有的应用模拟器工具。
b．经过调研，手机应用开发人员更倾向于使用Windows系统，因此集成开发环境的界面需要与Windows平台上的主流开发工具的界面风格保持一致。
c．支持相关开发数据在云端存储，需要保证在云端存储数据的机密性和完整性。
d．支持用户通过配置界面依据自己的喜好修改界面风格，包括颜色、布局、代码高亮方式等，配置完成后无需重启环境。
e．支持不同模型的自动转换。在初始需求中定义的机器性能条件下，对于一个包含50个对象的设计模型，将其转换为相应代码框架时所消耗时间不超过5秒。
f．能够连续运行的时间不小于240小时，意外退出后能够在10秒之内自动重启。
g．集成开发环境具有模块化结构，支持以模块为单位进行调试、测试与发布。
h．支持应用开发过程中的代码调试功能：开发人员可以设置断点，启动调试，编辑器可以自动卷屏并命中断点，能通过变量监视器查看当前变量取值。
在对需求进行分析后，公司的架构师小张查阅了相关的资料，认为该集成开发环境应该采用管道一过滤器(Pipe-Filter)的架构风格，公司的资深架构师王工在仔细分析后，认为应该采用数据仓储（Data Repository）的架构风格。公司经过评审，最终采用了王工的方案。
【问题1】（10分）
识别软件架构质量属性是进行架构设计的重要步骤。请分析题干中的需求描述，填写表1-1中(1)～(5)处的空白。

（1）f （2）性能 （3）g （4）h （5）b

【问题2】（7分）
请在阅读题干需求描述的基础上，从交互方式、数据结构、控制结构和扩展方法4个方面对两种架构风格进行比较，填写表1-2中(1)～(4)处的空白。

（1）星型
（2）数据流
（3）数据流驱动
（4）模型适配

【问题3】（8分）
在确定采用数据仓库架构风格后，王工给出了集成开发环境的架构图。请填写图1-1中(1)～(4)处的空白，完成该集成开发环境的架构图。

（1）语法结构树
（2）编辑器
（3）适配器
（4）应用模拟器工具

数据库

阅读以下关于软件系统建模的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3。
【说明】
某软件公司计划开发一套教学管理系统，用于为高校提供教学管理服务。该教学管理系统基本的需求包括：
(1)系统用户必须成功登录到系统后才能使用系统的各项功能服务；
(2)管理员（Registrar）使用该系统管理学校（University）、系（Department）、教师（Lecturer）、学生（Student）和课程(Course)等教学基础信息；
(3)学生使用系统选择并注册课程，必须通过所选课程的考试才能获得学分；如果考试不及格，必须参加补考，通过后才能获得课程学分；
(4)教师使用该系统选择所要教的课程，并从系统获得选择该课程的学生名单；
(5)管理员使用系统生成课程课表，维护系统所需的有关课程、学生和教师的信息；
(6)每个月到了月底系统会通过打印机打印学生的考勤信息。
项目组经过分析和讨论，决定采用面向对象开发技术对系统各项需求建模。

【问题1】（7分）
用例建模用来描述待开发系统的功能需求，主要元素是用例和参与者。请根据题目所述需求，说明教学服务系统中有哪些参与者。

【参考答案】
学生、教师、管理员、时间、打印机。

【试题解析】
参与者是指系统以外的，需要使用系统或与系统交互的事物，包括：人或组织、设备、外部系统等。在本题中，较为容易识别的参与者包括：学生、教师、管理员，比较隐晦的参与者包括：时间、打印机。

【问题2】（7分）
用例是对系统行为的动态描述，用例获取是需求分析阶段的主要任务之一。请指出在面向对象系统建模中，用例之间的关系有哪几种类型？对题目所述教学服务系统的需求建模时， “登录系统”用例与“注册课程”用例之间、“参加考试”用例与“参加补考”用例之间的关系分别属于哪种类型？
用例之间的关系包括：包含、扩展、泛化。
“登录系统”用例与“注册课程”用例之间的关系为：包含关系。
“参加考试”用例与“参加补考”用例之间的关系为：扩展关系。

【问题3】（11分）
类图主要用来描述系统的静态结构，是组件图和配置图的基础。请指出在面向对象系统建模中，类之间的关系有哪几种类型？对题目所述教学服务系统的需求建模时，类University与类Student之间、类University和类Department之间、类Student和类Course之间的关系分别属于哪种类型？

【参考答案】
类之间的关系包括：关联、聚合、组合、依赖、泛化、实现（可写可不写，因为实现是接口与类之间的关系，而接口是一种特殊的类）。
类University与类Student之间的关系是：聚合关系。
类University与类Department之间的关系是：组合关系。
类Student与类Course之间的关系是：关联关系。
【试题解析】
依赖关系：一个事物发生变化影响另一个事物。
泛化关系：特殊/一般关系。
关联关系：描述了一组链，链是对象之间的连接。
聚合关系：整体与部分生命周期不同。
组合关系：整体与部分生命周期相同。
实现关系：接口与类之间的关系。

嵌入式

阅读以下关于嵌入式实时系统设计的描述，回答问题1至问题3。
【说明】
嵌入式系统是当前航空、航天、船舶及工业、医疗等领域的核心技术，嵌入式系统可包括实时系统与非实时系统两种。某宇航公司长期从事航空航天飞行器电子设备的研制工作，随着业务的扩大，需要大量大学毕业生补充到科研生产部门。按照公司规定，大学毕业生必须进行相关基础知识培训，为此，公司经理安排王工对他们进行了长达一个月的培训。

【问题1】（7分）
王工在培训中指出：嵌入式系统主要负责对设备的各种传感器进行管理与控制。而航空航天飞行器的电子设备由于对时间具有很强的敏感性，通常由嵌入式实时系统进行管控，请用300字以内文字说明什么是实时系统，实时系统有哪些主要特性。

【参考答案】
实时系统是指向系统发出一指令后，在一个极短的时间内，系统回复结果。
实时系统的特性：
（1）时间约束性（及时性）
（2）可预测性
（3）高可靠性
（4）与外部环境的交互作用性
（5）多任务类型
（6）约束的复杂性
（7）具有短暂超载的特点

【试题解析】
实时系统的特性包括：
一、时间约束性
实时系统的任务具有一定的时间约束（截止时间）。根据截止时间，实时系统的实时性分为“硬实时”和“软实时”。硬实时是指应用的时间需求能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如在航空航天、军事、核工业等一些关键领域中的应用。软实时是指某些应用虽然提出时间需求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如监控系统等和信息采集系统等。
二、可预测性
可预测性是指系统能够对实时任务的执行时间进行判断，确定是否能够满足任务的时限要求。由于实时系统对时间约束要求的严格性，使可预测性称为实时系统的一项重要性能要求。除了要求硬件延迟的可预测性以外，还要求软件系统的可预测性，包括 应用程序的 响应时间是可预测的，即在有限的时间内完成必须的工作；以及操作系统的可预测性，即实时原语、调度函数等运行开销应是有界的，以保证应用程序执行时间的有界性。
三、可靠性
大多数实时系统要求有较高的 可靠性。在一些重要的实时应用中，任何不可靠因素和计算机的一个微小故障，或某些特定强实时任务（又叫关键任务）超过时限，都可能引起难以预测的严重后果。为此，系统需要采用 静态分析和保留资源的方法及冗余配置，使系统在最坏情况下都能正常工作或避免损失。可靠性已成为衡量实时系统性能不可缺少的重要指标。
四、与外部环境的交互作用性
实时系统通常运行在一定的环境下，外部环境是实时系统不可缺少的一个组成部分。计算机子系统一般是 控制系统，它必须在规定的时间内对外部请求做出反应。外部物理环境往往是被控子系统，两者互相作用构成完整的实时系统。大多数控制子系统必须连续运转以保证子系统的正常工作或准备对任何异常行为采取行动。
五、多任务类型
在实时系统中，不但包括 周期任务、偶发任务、非周期任务，还包括非实时任务。实时任务要求要满足时限，而非实时任务要求要使其 响应时间尽可能的短。多种类型任务的混合，使系统的可调度性分析更加困难。
六、约束的复杂性
任务的约束包括时间约束、资源约束、执行顺序约束和 性能约束。时间约束是任何实时系统都固有的约束。资源约束是指多个实时任务共享有限的资源时，必须按照一定的资源访问控制协议进行同步，以避免死锁和高优先级任务被低优先级任务堵塞的时间（即优先级倒置时间）不可预测。执行顺序约束是指各任务的启动和执行必须满足一定的时间和顺序约束。例如，在分布式端到端（end-to-end）实时系统很重，同一任务的各子任务之间存在前驱/后驱约束关系，需要执行同步协议来管理子任务的启动和控制子任务的执行，使它们满足时间约束和系统可调度要求。性能约束是指必须满足如 可靠性、可用性、可预测性、服务质量（Quality of Service,QoS）等性能指标。
七、具有短暂超载的特点
在实时系统中，即使一个功能设计合理、资源充足的系统也可能由于以下原因超载：
1）系统元件出现老化，外围设备错误或系统发生故障。随着系统运行时间的增长，系统元件出现老化，系统部件可能发生故障，导致系统可用资源降低，不能满足实时任务的时间约束要求。
2）环境的动态变化。由于不能对未来的环境、系统状态进行正确有效地预测，因此不能从整体角度上对任务进行调度，可能导致系统超载。
3）应用规模的扩大。原先满足实时任务时限要求的系统，随着应用规模的增大，可能出现不能满足任务时限要求的情况，而重新设计、重建系统在时间和经济上又不允许。

【问题2】（8分）
实时系统根据应用场景、时间特征以及工作方式的不同，存在多种实时特性，大致有三种分类方法，即时间类别、时间需求和工作方式结构。根据自己所掌握的“实时性”知识，将图3-1给出的实时特性按三种分类方式，填写图3-1中(1)～(8)处空白。
备选答案：时限的危害程度；时间角色；弱；时间响应；固定；时限／反应时间；时间明确；输入／输出激励；时间触发；强；周期／零星／非周期；事件触发。

（1）强
（2）（3）时间响应、时间明确
（4）（5）（6）时限/反应时间、输入/输出激励、周期/零星/非周期
（7）（8）时间触发、事件触发

【问题3】（10分）
可靠性是实时系统的关键特性之一，区分软件的错误(Error)、缺陷（Defect）、故障(Fault)和失效(Failure)概念是软件可靠性设计工作的基础。请简要说明错误、缺陷、故障和失效的定义；并在图3-2中标出错误、缺陷和失效出现阶段，说明缺陷、故障和失效的表现形式，填写图3-2中(1)～(6)处的空白。

【参考答案】
软件错误：软件错误是指在软件生存期内的不希望或不可接受的人为错误，其结果是导致软件缺陷的产生。
软件缺陷：软件缺陷是存在于软件（文档、数据、程序）之中的那些不希望或不可接受的偏差。
软件故障：软件故障是指软件运行过程中出现的一种不希望或不可接受的内部状态。
软件失效：软件失效是指软件运行时产生 的一种不希望或不可接受的外部行为结果。
（1）一个错误导致一个或多个缺陷
（2）缺陷激活时产生故障
（3）故障未处理好
（4）软件生存期各个阶段
（5）软件生存期各个阶段
（6）在运行时

【试题解析】
软件失效的机理可描述为：软件错误→软件缺陷→软件故障→软件失效。
1、软件错误：在可以预见的时期内，软件仍将由人来开发。在整个软件生存期的各个阶段，都贯穿者人的直接或间接的干预。然而，人难免犯错误，这必然给软件留下不良的痕迹。软件错误是指在软件生存期内的不希望或不可接受的人为错误，其结果是导致软件缺陷的产生。可见，软件错误是一种人为过程，相对于软件本身，是一种外部行为。
2、软件缺陷：软件缺陷是存在于软件（文档、数据、程序）之中的那些不希望或不可接受的偏差，如少一个逗号、多一语句等。其结果是软件运行于某一特定条件时出现软件故障，这时称软件缺陷被激活。
3、软件故障：软件故障是指软件运行过程中出现的一种不希望或不可接受的内部状态。譬如，软件处于执行一个多余循环过程时，我们说软件出现故障。此时若无时当的措施（容错）加以及时处理，便产生软件失效。显然，软件故障是一种动态行为。
4、软件失效：软件失效是指软件运行时产生 的一种不希望或不可接受的外部行为结果。

web

阅读以下关于应用服务器的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3。
【说明】
某电子产品制造公司，几年前开发建设了企业网站系统，实现了企业宣传、产品介绍、客服以及售后服务等基本功能。该网站技术上采用了Web服务器、动态脚本语言PHP。随着市场销售渠道变化以及企业业务的急剧拓展，该公司急需建立完善的电子商务平台。
公司张工建议对原有网站系统进行扩展，增加新的功能（包括订单系统、支付系统、库存管理等），这样有利于降低成本、快速上线；而王工则认为原有网站系统在技术上存在先天不足，不能满足企业业务的快速发展，尤其是企业业务将服务全球，需要提供24小时不间断服务，系统在大负荷和长时间运行下的稳定性至关重要。建议采用应用服务器的Web开发方法，例如J2EE，为该企业重新开发新的电子商务平台。

【问题1】（7分）
王工认为原有网站在技术上存在先天不足，不能满足企业业务的快速发展，根据你的理解，请用300字以内的文字说明原系统存在哪几个方面的不足。

1、PHP只能实现简单的分布式两层或三层的架构，而JAVA在这方面就比较强大，可以实现多层的网络架构。数据库层(持久化层)、应用(业务)逻辑层、表示逻辑层彼此分开，而且现在不同的层都已经有一些成熟的开发框架的支持。
2、PHP是面向过程的语言，Java是面向对象的，面向过程语言开发的程序只要业务流程发生变化，修改工作量很大，所以可修改性差，同时可复用性也差。
3、PHP语言在可靠性方面比J2EE平台差，J2EE平台有大量增强可靠性的成熟解决方案，而PHP只是一种简单的脚本语言，在可靠性方面缺乏成熟解决方案。
4、PHP对于不同的数据库采用不同的数据库访问接口，而Java通过JDBC来访问数据库，通过不同的数据库厂商提供的数据库驱动方便地访问数据库，访问数据库的接口比较统一。所以原架构在数据库连接方面修改起来工作量也是很大的。
5、PHP适合于小型项目，所以本项目中以前采用PHP是合适的，但目前大量功能需要增加，PHP在稳定性方面也达不到要求。
6、PHP比Java的可维护性差。
7、PHP比Java的扩展性差。
8、PHP比Java的安全性差。

【问题2】(8分)
请简要说明应用服务器的概念，并重点说明应用服务器如何来保障系统在大负荷和长时间运行下的稳定性以及可扩展性。

【参考答案】
应用服务器是指通过各种协议把商业逻辑曝露给客户端的程序。
1、若系统负荷很大，可以布署多台应用服务，多台应用服务器分担任务，以达到性能要求。
2、应用服务器可以通过灵活的增加服务器完成扩展，所以可扩展性很好。
3、应用服务器可长时间稳定运行。因为当一台应用服务器出现故障时，可以将当前运行的事务转移至正常应用服务器上完成执行，不影响业务正常执行，从而保障高可靠性与稳定性。

【试题解析】
应用服务器是指通过各种协议把商业逻辑曝露给客户端的程序。它提供了访问商业逻辑的途径以供客户端应用程序使用。应用服务器使用此商业逻辑就像调用对象的一个方法一样。 简单的说能实现动态网页技术的服务器叫做web应用服务器。
【问题3】（10分）
J2EE平台采用了多层分布式应用程序模型，实现不同逻辑功能的应用程序被封装到不同的构件中，处于不同层次的构件可被分别部署到不同的机器中。请填写图4-1中(1)～(5)处的空白，完成J2EE的N层体系结构。

(1)Applet ； (2)Servlet ；(3)EJB容器 ；(4)SessionBean ； (5)EntityBean

软件设计

阅读以下关于Scrum敏捷开发过程的叙述，在答题纸上回答问题1至问题3。
【说明】
Scrum是一个增量的、迭代的敏捷软件开发过程。某软件公司计划开发一个基于Web的Scrum项目管理系统，用于支持项目团队采用Scrum敏捷开发方法进行软件开发，辅助主管智能决策。此项目管理系统提供的主要服务包括项目团队的管理、敏捷开发过程管理和工件的管理。
Scrum敏捷开发中，项目团队由Scrum主管、产品负责人和开发团队人员三种不同的角色组成，其开发过程由若干个Sprint（短的迭代周期，通常为2到4周）活动组成。
Product Backlog是在Scrum过程初期产生的一个按照商业价值排序的需求列表，该列表条目的体现形式通常为用户故事。在每一个Sprint活动中，项目团队从Product Backlog中挑选最高优先级的用户故事进行开发。被挑选的用户故事在Sprint计划会议上经过细化分解为任务，同时初步估算每一个任务的预计完成时间，编写Sprint Backlog。
在Sprint活动期间，项目团队每天早晨需举行每日站立会议，重新估算剩余任务的预计完成时间，更新Sprint Backlog、Sprint燃尽图和Release燃尽图。在每个Sprint活动结束时，项目团队召开评审会议和回顾会议，交付产品增量，总结Sprint期间的工作情况和问题。此时，如果Product Backlog中还有未完成的用户故事，则项目团队将开始筹备下一个Sprint活动迭代。
为完成Scrum项目管理系统，考虑到系统的智能决策需求，公司决定使用MVC架构模式开发该项目管理系统。具体来说，系统采用轻量级J2EE架构和SSH框架进行开发，使用MySQL数据库作为底层存储。

【问题1】（10分）
Scrum项目管理软件需真实模拟Scrum敏捷开发流程，请根据你的理解完成图5-1给出的Scrum敏捷开发状态图，填写其中(1)～(5)的内容。

(1)Product Backlog
(2)Sprint计划会议
(3)每日站立会议
(4)还有未完成的用户故事
(5)交付产品增量

【问题2】（6分）
根据题干描述，本系统采用MVC架构模式，请从各选答案a~n中分别选出属于MVC架构模型中的模型(Model)、视图(View)和控制器（Controler）的相关内容描述填入表5-1的空(1)～(3)处。

(1)c、e、n
(2)a、f、j
(3)g

【问题3】（9分）
根据项目组给出的系统设计方案，将备选答案a~l的内容填写在图5-2中的空(1)～(9)，完成系统架构图。

(1) (2)d f
(3)h
(4)g
(5)a
(6)k
(7)h
(8)b
(9)c

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质量属性

【说明】
某软件公司拟为某市级公安机关开发一套特种车辆管理与监控系统，以提高特种车辆管理的效率和准确性。在系统需求分析与架构设计阶段，用户提出的部分需求和关键质量属性场景如下：
(a)系统用户分为管理员、分管领导和普通民警等三类；
(b)正常负载情况下，系统必须在0.5秒内对用户的车辆查询请求进行响应；
©系统能够抵御99.999%的黑客攻击；
(d)系统的用户名必须以字母开头，长度不少于5个字符；
(e)对查询请求处理时间的要求将影响系统的数据传输协议和处理过程的设计；
(f)网络失效后，系统需要在2分钟内发现并启用备用网络系统；
(g)在系统升级时，需要保证在1个月内添加一个新的消息处理中间件；
(h)查询过程中涉及到的车辆实时视频传输必须保证20帧/秒的速率，且画面具有600*480的分辨率；
(i)更改系统加密的级别将对安全性和性能产生影响；
(j)系统主站点断电后，需要在3秒内将请求重定向到备用站点；
(k)假设每秒中用户查询请求的数量是10个，处理请求的时间为30毫秒，则“在1秒内完成用户的查询请求”这一要求是可以实现的；
(l)对用户信息数据的授权访问必须保证99.999%的安全性；
(m)目前对“车辆信息实时监控”业务逻辑的描述尚未达成共识，这可能导致部分业务功能模块的重复，影响系统的可修改性；
(n)更改系统的Web界面接口必须在1周内完成；
(o)系统需要提供远程调试接口，并支持系统的远程调试。
在对系统需求和质量属性场景进行分析的基础上，系统的架构师给出了三个候选的架构设计方案。公司目前正在组织系统开发的相关人员对系统架构进行评估。

【问题1】
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。请给出合适的质量属性，填入图1-1中(1)、(2)空白处；并选择题干描述中的(a)～(o)，将恰当的序号填入(3)～(6)空白处，完成该系统的效用树。

【问题2】
在架构评估过程中；需要正确识别系统的架构风险、敏感点和权衡点，并进行合理的架构决策。请用300字以内的文字给出系统架构风险、敏感点和权衡点的定义，并从题干描述中的(a)～(o)各选出1个属于系统架构风险、敏感点和权衡点的描述。

系统架构风险是指架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患。
敏感点是指为了实现某种特定的质量属性，一个或多个系统组件所具有的特性。权衡点是指影响多个质量属性，并对多个质量属性来说都是敏感点的系统属性。题干描述中，(m)描述的是系统架构风险；(e)描述的是敏感点；(i)描述的是权衡点。

飞机起飞

【说明】
某公司拟研制一款高空监视无人直升机，该无人机采用遥控一自主复合型控制实现垂直升降。该直升机飞行控制系统由机上部分和地面部分组成，机上部分主要包括无线电传输设备、飞控计算机、导航设备等，地面部分包括遥控操纵设备、无线电传输设备以及地面综合控制计算机等。其主要工作原理是地面综合控制计算机负责发送相应指令，飞控计算机按照预定程序实现相应功能。经过需求分析，对该无人直升机控制系统纵向控制基本功能整理如下：
(a)飞控计算机加电后，应完成系统初始化，飞机进入准备起飞状态；
(b)在准备起飞状态中等待地面综合控制计算机发送起飞指令，飞控计算机接收到起飞指令后，进入垂直起飞状态；
©垂直起飞过程中如果飞控计算机发现飞机飞行异常，飞行控制系统应转入无线电遥控飞行状态，地面综合控制计算机发送遥控指令；
(d)垂直起飞达到预定起飞高度后，飞机应进入高度保持状态；
(e)飞控计算机在收到地面综合控制计算机发送的目标高度后，飞机应进入垂直升降状态，接近目标高度；垂直升降过程中出现飞机飞行异常，控制系统应转入无线电遥控飞行；
(f)飞机到达目标高度后，应进入高度保持状态，完成相应的任务；
(g)飞机在接到地面综合控制计算机发送的任务执行结束指令后，进入飞机降落状态；
(h)飞机降落过程中如果出现飞机飞行异常，控制系统应转入无线电遥控飞行；
(i)飞机降落到指定着陆高度后，进入飞机着陆状态，应按照预定着陆算法，进行着陆；
(j)无线电遥控飞行中，地面综合控制计算机发送着陆指令，飞机进入着陆状态，应按照预定着陆算法，进行着陆。

【问题1】
状态图和活动图是软件系统设计建模中常用的两种手段，请用200字以内文字简要说明状态图和活动图的含义及其区别。

状态图主要用于描述一个对象在其生存期间的动态行为，表现一个对象所经历的状态序列，引起状态转移的事件（event），以及因状态转移而伴随的动作（action）。
活动图可以用于描述系统的工作流程和并发行为。活动图其实可看作状态图的特殊形式，活动图中一个活动结束后将立即进入下一个活动（在状态图中状态的转移可能需要事件的触发）。
两者最大的区别是：状态图侧重于描述行为的结果，而活动图侧重描述行为的动作。其次活动图可描述并发行为，而状态图不能。

【问题2】
根据题干中描述的基本功能需求，架构师王工通过对需求的分析和总结给出了无人直升机控制系统纵向控制状态图(图2-1)。请根据题干描述，提炼出相应状态及条件，并完善图2-1所示状态图中的(1)～(5)，将答案填写在答题纸中。

(1) 垂直起飞状态
(2) 飞机飞行异常
(3) 高度保持状态
(4) 垂直升降状态
(5) 无线电遥控飞行状态。

【问题3】
根据题目中描述的基本功能需求，架构师王工给出了无人直升机控制系统纵向控制的顶层活动图（图2-2）。请根据题干描述，完善图2-2活动图的（1）-（9），将答案填写在答题纸中。

(1) 地面综合控制计算机
(2) 下传起飞就绪信息
(3) 垂直起飞
(4) 高度保持
(5) 发送目标高度
(6) 垂直升降
(7) 发送任务结束指令
(8) 飞机降落
(9) 无线电遥控飞行

嵌入式

某宇航公司长期从事宇航装备的研制工作，嵌入式系统的可靠性分析与设计已成为该公司产品研制中的核心工作，随着宇航装备的综合化技术发展，嵌入式软件规模发生了巨大变化，代码规模已从原来的几十万扩展到上百万，从而带来了由于软件失效而引起系统可靠性降低的隐患。公司领导非常重视软件可靠性工作，决定抽调王工程师等5人组建可靠性研究团队，专门研究提高本公司宇航装备的系统可靠性和软件可靠性问题，并要求在三个月内，给出本公司在系统和软件设计方面如何考虑可靠性设计的方法和规范。可靠性研究团队很快拿出了系统及硬件的可靠性提高方案，但对于软件可靠性问题始终没有研究出一种普遍认同的方法。

【问题1】
请用200字以内文字说明系统可靠性的定义及包含的4个子特性，并简要指出提高系统可靠性一般采用哪些技术？

系统可靠性定义：系统在规定的时间内及规定的环境条件下，完成规定功能的能力，就是系统无故障运行的概率。
根据国家标准《软件工程产品质量第1部分：质量模型》(GB/T16260.1—2006)的规定，系统可靠性包括：成熟性、容错性、易恢复性和可靠性的依从性4个子特性。
提高系统可靠性一般采用以下4类技术：
(1) 冗余技术；
(2) 软件容错技术；
(3) 双机容错技术；
(4) 集群技术。

【问题2】
王工带领的可靠性研究团队之所以没能快速取得软件可靠性问题的技术突破，其核心原因是他们没有搞懂高可靠性软件应具备的特点。软件可靠性一般致力于系统性地减少和消除对软件程序性能有不利影响的系统故障。除非祓修改，否则软件系统不会随着时间的推移而发生退化。请根据你对软件可靠性的理解，给出表3-1所列出的硬件可靠性特征对应的软件可靠性特征之间的差异或相似之处，将答案写在答题纸上。
表3-1硬件和软件可靠性对比

(1) 不考虑软件演化的情况下，失效率在统计上是非增的
(2) 如果不使用该软件，永远不会发生失效
(3) 软件维护会创建新的软件代码
(4) 软件失效之前很少会有警告

本问题主要要求考生在理解软件的特殊性基础上，深刻认识软件可靠性一般是致力于系统性地减少和消除对软件程序性能有不利影响的系统故障。除非被修改，否则软件系统不会随着时间的推移而发生退化。在掌握这一特征的基础上，可以回答硬件可靠性特征与其对应的软件可靠性特征之间的差异或相似之处。
(1) 从硬件角度分析，由于硬件一旦生产完成，其可靠性指标将会随着使用时间延长而逐步老化，从而带来可靠性降低，即呈现失效率服从浴缸曲线；而软件不存在随时间延长而老化的现象，因此，在不考虑软件演化的情况下，失效率在统计上是非增的。
(2) 由于硬件是由多种电子器件组成，即使不使用，材料劣化也会导致失效；而软件就不同了，软件一旦调试完成，固化到设备中，在不考虑存储介质的老化因素的前提下，即使不使用该软件，软件也永远不会发生失效。
(3) 由于硬件存在可更换性，其硬件通过维修，可恢复原始状态；而对于软件而言，一旦需要维护，必然是存在需求更改、程序存在bug等现象，其维护必然会创建新的软件代码。
(4) 一般而言，硬件失效存在一个发展过程，在发生故障之前必然会有报警现象出现，而软件失效之前很少会有警告。

【问题3】
王工带领的可靠性研究团队在分析了大量相关资料基础上，提出软件的质量和可靠性必须在开发过程构建到软件中，也就是说，为了提高软件的可靠性，必须在需求分析、设计阶段开展软件可靠性筹划和设计。研究团队针对本公司承担的飞行控制系统制定出了一套飞控软件的可靠性设计要求。飞行控制系统是一种双余度同构型系统，输入采用了独立的两路数据通道，在系统内完成输入数据的交叉对比、表决‘制导率计算，输出数据的交叉对比、表决、一输出等功能，系统的监控模块实现对系统失效或失步的检测与宠位。其软件的可靠性设计包括恢复块方法和N版本程序设计方法。请根据恢复块方法工作原理完成图3-1，在(1)～(4)中填入恰当的内容。并比较恢复块方法与N版本程序设计方法，将比较结果(5)～(8)填入表3-2中。

表3-2 恢复块方法与N版本程序设计的比较

1. 恢复块方法：
   (1) 主块
   (2) 验证测试
   (3) 输出正确结果
   (4) 异常处理

2. 恢复块方法与N版本程序设计的比较
   (5) 表决
   (6) 反向恢复
   (7) 差
   (8) 好

数据库

试题四
【说明】
某软件公司拟开发一套贸易综合管理系统，包括客户关系管理子系统和商品信息管理子系统两部分。客户关系管理子系统主要管理客户信息，并根据贸易业务需要频繁向客户发送相关的电子邮件、短信等提醒信息。商品信息管理子系统主要为客户提供商品信息在线查询功能，包括商品基本信息、实时库存与价格等。
在对系统进行数据架构设计时，公司项目组的架构师王工主张采用文件系统进行数据管理，原因是目前公司客户和商品数量不大，且系统功能较为简单，采用文件系统进行数据管理简单直观，开发周期短。架构师李工则建议采用关系数据库进行数据管理，原因在于公司目前正处在高速扩张期，虽然目前的客户和商品数量不大，但随着公司快速发展，需要管理的数据必然飞速膨胀，采用关系数据库作为数据存储层，系统的扩展性更强，并能够对未来可能增加的复杂业务提供有效支持。经过讨论，项目组初步采纳了李工的意见，决定采用关系数据库存储客户数据，并针对业务特征对系统性能进行优化。

【问题1】
请从设计难度、数据冗余程度、数据架构、应用扩展性等4个方面对关系型数据库管理系统和文件系统两种数据存储方式进行比较，填写表4-1中(1)～(4)。
表4-1 关系型数据库管理系统和文件系统存储方式比较

(1) 数据结构需要符合关系模式，设计难度较大
(2) 可能在多个文件中复制相同的数据属性，数据冗余较大
(3) 以应用系统为中心组织、管理数据
(4) 数据独立于应用系统，很容易在不同的应用系统之间共享数据

【问题2】
对系统的核心业务需求进行认真分析后，公司的资深架构师张工提出一种内存数据库和关系数据库的混合存储架构，其核心思想是将需要频繁读写的数据存入内存数据库，而将相对固定不变的数据存入关系数据库。请首先分析比较内存数据库和关系数据库在数据模型、读写性能、存储容量、可靠性等方面的差异，填写表4-2中(1)～(4)的空白，并根据张工的思路指定各种业务数据的存储方式，填写表4-3中(5)～(9)中的空白。

(1) Key-Value模式(键-值对模式)
(2) 外存读写，性能相对较低
(3) 基于内存存储， 存储容量受限
(4) 恢复机制复杂， 可靠性较低
(5) 内存数据库
(6) 内存数据库
(7) 关系数据库
(8) 内存数据库
(9) 内存数据库

【问题3】
系统开发完成进行压力测试时，发现在较大数据量的情况下，部分业务查询响应时间过长，经过分析发现其主要原因是部分SQL查询语句效率低下。请判断表4-4中的SQL语句设计策略哪些可能会提升查询效率，哪些可能会降低查询效率，在(1)~(4)中填入“提升”或“降低”。
表4-4 SQL设计策略对性能的影响

(1) 提升
(2) 降低
(3) 降低
(4) 提升

SQL语句设计时，影响查询效率的设计原则是：
•查询时尽量不要返回不需要的行、列；
•需要进行多表连接査询时，尽量使用连接查询，避免使用子查询结构；
•尽量避免采用NOTIN、NOTEXIST、LIKE等使用全表查询的操作；
•尽量避免使用DISTINCT关键字。

数据持久层

【说明】
某信息技术公司计划开发一套在线投票系统，用于为市场调研、信息调查和销售反馈等业务提供服务。该系统计划通过大量宣传和奖品鼓励的方式快速积累用户，当用户规模扩大到一定程度时，开始联系相关企业提供信息服务，并按照信息服务种类和用户投票数量收取费用。
为了降低开发成本和提高开发效率，项目组经过讨论后决定采用轻量级Java EE开发框架设计系统应用架构。在应用架构设计中，除了满足系统主要功能需求，还需要考虑的因素包括：
(1)项目开发采用MySQL数据库存储数据，一但将来可能移植到其它数据库平台；
(2)系统开发过程中尽可能降低或者消除SQL语句开发的工作量；
(3)投票系统中数据之间的关系复杂，需要支持数据对象的聚合和继承等关系。
项目组基于MVC模式设计出了投票系统的架构，包括表示层、业务逻辑层、数据持久层和数据层。在具体讨论数据持久层采用哪种技术方案时，老王建议采用成熟的Hibernate框架，小李则认为iBatis更加灵活，更适合作为投票系统数据持久层开发技术。

【问题1】
请用300以内文字说明什么是数据持久层，使用数据持久层能够为项目开发带来哪些好处？

数据持久层是根据分层思想，通过建立逻辑数据操作接口，采取一定的对象/关系映射策略，隐藏数据库访问代码细节，向业务开发人员提供透明的对象持久化操作机制。能够为项目开发带来的好处：
(1)分离业务逻辑层和数据层，降低两者之间的耦合；
(2) 通过对象/关系映射向业务逻辑提供面向对象的数据访问；
(3) 简化数据层访问，隐藏数据库链接、数据读写命令和事务管理细节。

【问题2】
针对在线投票系统的实际应用需求和要求，项目组应选用哪种技术实现数据持久层？请用200字以内文字说明其采用该技术的原因。

项目组应该采用Hibernate框架。
原因：
(1) Hibernate支持多种不同类型数据库，满足项目组数据库移植需求；
(2) Hibernate相对于iBatis减少了SQL语句开发的工作量；
(3) iBatis生成的P0是扁平化的，无法像Hibernate—样支持对象的继承和聚合等立体化关系。

【问题3】
数据持久层是Web应用系统框架中重要的组成部分，主流的数据持久层技术分别基于不同的技术方案，请在表5-1中（1）-（4）处分别根据（a）~（d）所列技术的方案类别填入其序号。
表5-1 数据持久层技术分类

(a) BMP, CMP
(b) iBatis/MyBatis
© SprmgJdbcTemplate
(d) TopLink,JDO,Hibernate

(1) ©
(2) (b)
(3) (d)
(4) (a)

本问题考查考生对数据持久层基本原理和技术方案的掌握情况。SpringJdbcTemplate通过封装JDBC操作接口实现数据库访问操作，fflatis/MyBatis是通过SQL映射将数据操作请求转换为数据库的SQL操作，Hibernate、JDO和TopLink等技术都采用了对象关系映射的思想，j2EE中的BMP和CMP及EJB3.0都是利用实体Bean对象完成数据访问操作。

14

mvc

【说明】
某软件公司欲开发一个网络设备管理系统，对管理区域内的网络设备（如路由器和交换机等）进行远程监视和控制。公司的系统分析师首先对系统进行了需求分析，识别出如下3项核心需求：
（a）目前需要管理的网络设备确定为10类20种，未来还将有新类别的网络设备纳入到该设备管理系统中；
（b）不同类别的网络设备，监视和控制的内容差异较大；同一类网络设备，监视和控制的内容相似，但不同厂商的实现方式（包括控制接口格式、编程语言等）差异较大；
（c）网络管理员能够在一个统一的终端之上实现对这些网络设备的可视化呈现和管理操作。
针对上述需求，公司研发部门的架构师对网络设备管理系统的架构进行了分析与设计，架构师王工认为该系统可以采用MVC架构风格实现，即对每种网络设备设计一个监控组件，组件通过调用网络设备厂商内置的编程接口对监控指令进行接收和处理；系统管理员通过管理模块向监控组件发送监控指令，对网络设备进行远程管理；网络状态、监控结果等信息会在控制终端上进行展示。针对不同网络设备的差异，王工认为可以对当前的20种网络设备接口进行调研与梳理，然后通过定义统一操作接口屏蔽设备差异。李工同意王工提出的MVC架构风格和定义统一操作接口的思路，但考虑到未来还会有新类别的网络设备接入，认为还需要采用扩展接口的方式支持系统开发人员扩展或修改现有操作接口。公司组织专家进行架构评审，最终同意了王工的方案和李工的改进意见。

【问题1】
请用300字以内的文字解释什么是MVC架构风格以及其中的组件交互关系，并根据题干描述，指出该系统中的M、V、C分别对应什么。

MVC架构风格最初是Smalltalk-80中用来构建用户界面时采用的架构设计风格。其中M代表模型（Model)，V代表视图（View)，C代表控制器（Controller)。在该风格中，模型表示待展示的对象，视图表示模型的展示，控制器负责把用户的动作转成针对模型的操作。模型通过更新视图的数据来反映自身的变化。
在本系统中，模型（M)代表监控组件、视图（V)代表控制终端、控制器（C)代表管理模块。

本题主要考査MVC架构风格的定义以及扩展接口模式结构的分析与理解。
MVC架构风格最初是Smalltalk-80中用来构建用户界面时采用的架构设计风格。其中M代表模型（Model)，V代表视图（View)，C代表控制器（Controller)。在该风格中，模型表示待展示的对象，视图表示模型的展示，控制器负责把用户的动作转成针对模型的操作。模型通过更新视图的数据来反映自身的变化。
在本系统中，模型（M)代表监控组件、视图（V)代表控制终端、控制器（C)代表管理模块。

【问题2】
扩展接口模式结构通常包含四个角色：基础接口、组件、扩展接口和客户端，它们之间的关系如图 1-1 所示。其中每个扩展接口需要通过扩展基础接口获得基本操作能力，然后加入自己特有的操作接口，并通过设置全局唯一接口ID对自身接口进行标识；每个具体的组件需要实现扩展接口完成实际操作；客户端不与组件直接交互，而需要通过与扩展接口交互提出调用请求，扩展接口根据请求查找并选择合适的实现组件响应客户端请求。请根据上图所示和题干描述，指出扩展接口模式结构中的四个角色分别对应网络设备管理系统的哪些部分；并以客户端发起调用操作这一场景为例，填写表 1-1 中的（1）～（5）。

备选答案：基础接口、扩展接口、操作接口、接口ID、客户端、组件。

各个角色与网络设备管理系统的对应关系为：
基础接口对应统一操作接口；
组件对应监控组件：
扩展接口对应新网络设备的操作接口；
客户端对应控制终端。
客户端发起调用操作场景下的描述如下：

扩展接口模式结构通常包含四个角色：基础接口、组件、扩展接口和客户端。其中每个扩展接口需要通过扩展基础接口获得基本操作能力，然后加入自己特有的操作接口，并通过设置全局唯一接口ID对自身接口进行标识。每个具体的组件需要实现扩展接口完成实际操作，客户端不与组件直接交互，而需要通过与扩展接口交互提出调用请求，扩展接U根据请求查找并选择合适的实现组件响应客户端请求。根据题干描述，可以看出基础接口这-角色应该对应统一操作接口，组件这一角色应该对应监控组件，扩展接口这一角色应该对应新网络设备的操作接口，客户端这一角色应该对应控制终端。

数据流图

【说明】
某公司正在研发一套新的库存管理系统。系统中一个关键事件是接收供应商供货。项目组系统分析员小王花了大量时间在仓库观察了整个事件的处理过程，并开发出该过程所执行活动的列表：供应商发送货物和商品清单，公司收到商品后执行收货处理，包括卸载商品、确定收到了订单上的商品、处理与供应商的分歧等。对于已有商品，调整其库存信息，对于新采购的商品，在库存中添加新的商品记录。收货完成后，系统执行入库处理，将商品放到仓库对应的货架上。在付款处理活动中，自动生成应付账款信息，如果查询到该供应商有待付款记录，则进行合并付款，付款完成后消除应付账款记录。最后，仓库管理员根据最新的库存商品，调整出货信息。
小王根据自己观察的过程创建了该事件的1层数据流图，如图 2-1 所示。

【问题1】
请用300以内文字说明数据流图(Data Flow Diagram)的基本元素及其作用。
四种元素：

(1) External Agent(实体/外部代理)：定义位于项目范围之外，但与正在被研发的系统有交互关系的人、部门、外部系统或组织。
(2) Process(加工/处理)：在输入数据流或条件上执行，或者对输入数据流或条件做出响应的工作。
(3) Data Store(数据存储)：静止的数据，表示系统中需要保存的数据。
(4) Data Flow(数据流)：运动中的数据，表示到一个过程的数据输入，或者来自一个过程的数据输出。

本题考查系统过程建模的相关知识。
数据流图（Data Flow Diagram)从数据传递和加工角度，以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法。为了表达数据处理过程的数据加工情况，用一个数据流图往往是不够的。层次结构的数据流图按照系统的层次结构进行逐步分解，并以分层的数据流图反映这种结构关系，能清楚地表达和容易理解整个系统。
本问题考查数据流图中包含的元素及其作用。
数据流图通过外部代理（实体）描述系统与外界之间的数据交互关系，内部的活动通过处理（加工）表示，用数据流描述系统中不同活动之间的数据传输内容和方向，需要持久化存储的数据用数据存储表示，一般用文件系统或者数据库表存储数据-数据流图中所包含的四种元素：
(1) 外部实体（External Agent)定义位于项目范围之外，但与正在被研发的系统有交互关系的人、部门、外部系统或组织；
(2) 加工（Process)在输入数据流或条件上执行，或者对输入数据流或条件做出响应的工作；
(3) 数据存储（Data Store)描述静止的数据，表示系统中需要保存的数据；
(4) 数据流（Data Flow)描述运动中的数据，表示到一个过程的数据输入，或者来自一个过程的数据输出。

【问题2】
数据流图在绘制过程中可能出现多种语法错误，请分析上图所示数据流图中哪些地方有错误，并分别说明错误的类型。

四种错误：
(1) D1到A2：缺少移动数据流的加工。
(2) P5.3：没有输出数据流，输入输出不平衡。
(3) P5.4：没有输入数据流，输入输出不平衡。
(4) D2：数据存储没有输出的数据流。

本问题考查数据流图绘制过程中常见的错误。
数据流图中的错误包括两类：第一类是逻辑错误，加工节点输入输出不平衡，包括黑洞、灰洞和无输入三种类型；第二类是语法错误，比如数据存储不完整、在数据存储与外部代理之间或者各自之间没有经过加工之间发生数据流等。根据图2-1所示，P5.3和P5.4属于逻辑错误，数据流图不平衡，D2没有输出数据流，D1到A2缺少加工等属于第二类错误。

【问题3】
系统建模过程中为了保证数据模型和过程模型的一致性，需要通过数据-过程-CRUD矩阵来实现数据模型和过程模型的同步，请在表 2-1 所示CRUD矩阵（1）～（5）中填入相关操作。

(1) R
(2) R
(3) CRU
(4) RU
(5) CRUD

CRUD(Create\Read\Update\Delete)

构件

【说明】
构件(component)也称为组件，是一个功能相对独立的具有可复用价值的软硬件单元。近年来，构件技术正在逐步应用于大型嵌入式系统的软件设计。某公司长期从事飞行器电子设备研制工作，已积累了大量成熟软件。但是，由于当初管理和设计等原因，公司的大量软件不能被复用，严重影响了公司后续发展。公司领导层高度重视软件复用问题，明确提出了要将本公司的成熟软件进行改造，建立公司可复用的软件构件库，以提升开发效率、降低成本。公司领导层决定将此项任务交给技术部门的王工程师负责组织实施。两个月后，王工程师经过调研、梳理和实验，提交了一份实施方案。此方案得到了公司领导层的肯定，但在实施过程中遇到了许多困难，主要表现在公司软件架构的变更和构件抽取的界面等方面。

【问题1】
请用200字以内文字说明获取构件的方法有哪几种？开发构件通常采用哪几种策略？并列举出两种主流构件标准。

基于构件的软件开发中，可以通过不同的途径来获取构件，主要包括以下4种方法：
(1) 从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或做适应性修改，得到可复用的构件；
(2) 通过遗留工程（Legacy Engineering)，将具有潜在复用价值的软件提取出来，得到可复用的构件；
(3) 从市场上购买现成的商业构件，BPCOTS(Commercial Off-The-Shell)构件；
(4) 开发新的符合要求的构件。
开发构件通常采取3种策略：
(1) 分区（partitioning)：指的是将问题情景的空间分割成几乎可以独立研究的部分；
(2) 抽象（abstraction)：是对在给定实践内执行指定计算的软/硬件申.元的一种抽象；
(3) 分割（segmentation)：是将结构引入构件的行为，支持对行为性质进行时序推理。
当前主流构件标准有：
(1) CORBA：由OMG(对象管理集团）制定；
(2) COM/DCOM：由Microsoft制定；
(3) EJB：由SUN的Java企业Bean制定。

【问题2】
由于该公司已具备大量的成熟软件，王工程师此次的主要工作就是采用遗留工程 (Legacy Engineering)方法，将具有潜在复用价值的软件提取出来，得到可复用的构件。因此，在设计软件时与原开发技术人员产生了重大意见分歧，主要分歧焦点在于大家对构件概念理解上的差异。请根据你对构件的理解，判断表 3-1 给出的有关构件的说法是否正确，将答案写在答题纸上。

（1）√（2）×（3）×（4）√（5）×（6）×

本问题主要考查考生对构件基本知识的掌握程度，通过判断正确、错误的形式，考察考生对构件概念正确性理解。每个判断题正确的描述如下：
(1) “构件是系统中的一个封装了设计与实现，而只披露接口的可更换的部分”。此种描述是正确的。
(2) “构件是解决软件复用的基础，复用的形式可分为垂直式复用和水平式复用。而垂直式复用的主要关键点在于领域分析，具有领域特征和相似性，受到广泛关注”。垂直式复用是与领域特性相关的，而水平式复用是一种公用的服务，不予某个特殊领域相关。
(3) “构件构建在平台之上，平台提供核心平台服务，是构件实现与构件组装的基础。构件组装通常采用基于功能的组装技术、基于数据的组装技术和面向对象的组装技术等三种技术”。配置只是一种构件功能组合动态方法，而不是构件组装的技术。
(4) “软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构件的描述、构件的相互作用（连接件)、指导构件集成的模式以及这些模式的约束组成”。该描述是正确的。
(5) “构件可分为硬件构件、软件构件、系统构件和应用构件。RTL(运行时库）属于软件构件，由于RTL可适应多种应用领域，所以RTL与属于水平式复用构件”。RTL是C/C++语言为用户提供的一种运行时库，如数学库、stdio库等，它可服务于多种应用，而与领域需求无关，所以说RTL不属于垂直式复用构件。
(6) “硬件构件的功能被给定的硬件结构如ASIC预先确定，他是不能修改的。同样，软件构件的功能由在FPGA或者CPU上的软件确定的，我们将加载在软件构件上的软件称为作业。将作业分配给适当的可以执行该作业的硬件单元就创建了新的构件。软件构件的功能所以在构件的寿命期中可以修改”。

质量属性

【说明】
某电子商务公司拟升级目前正在使用的在线交易系统，以提高客户网上购物时在线支付环节的效率和安全性。公司研发部门在需求分析的基础上，给出了在线交易系统的架构设计。公司组织相关人员召开了针对架构设计的评估会议，会上用户提出的需求、架构师识别的关键质量属性场景和评估专家的意见等内容部分列举如下：
（a）在正常负载情况下，系统必须在0.5秒内响应用户的交易请求；
（b）用户的信用卡支付必须保证99.999%的安全性；
（c）系统升级后用户名要求至少包含8个字符；
（d）网络失效后，系统需要在2分钟内发现错误并启用备用系统；
（e）在高峰负载情况下，用户发起支付请求后系统必须在10秒内完成支付功能；
（f）系统拟采用新的加密算法，这会提高系统安全性，但同时会降低系统的性能；
（g）对交易请求处理时间的要求将影响系统数据传输协议和交易处理过程的设计；
（h）需要在30人月内为系统添加公司新购买的事务处理中间件；
（i）现有架构设计中的支付部分与第三方支付平台紧耦合，当系统需要支持新的支付平台时，这种设计会导致支付部分代码的修改，影响系统的可修改性；
（j）主站点断电后，需要在3秒内将访问请求重定向到备用站点；
（k）用户信息数据库授权必须保证99.999%可用；
（l）系统需要对Web界面风格进行修改，修改工作必须在4人月内完成；
（m）系统需要为后端工程师提供远程调试接口，并支持远程调试。

【问题1】
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。请给出合适的质量属性，填入图 4-1 中（1）、（2）空白处；并选择题干描述的（a）～（m），填入（3）～（6）空白处，完成该系统的效用树。

【问题2】
在架构评估过程中，需要正确识别系统的架构风险、敏感点和权衡点，并进行合理的架构决策。请用300字以内的文字给出系统架构风险、敏感点和权衡点的定义，并从题干（a)〜（m)中各选出1个对系统架构风险、敏感点和权衡点最为恰当的描述。

系统架构风险是指架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患。
敏感点是为了实现某种特定质量属性，一个或多个系统组件所具有的特性。
权衡点是影响多个质量属性，并对多个质量属性来说都是敏感点的系统属性。
题干描述中，（i)描述的是系统架构风险；（g)描述的是敏感点；（f)描述的是权衡点。

web

【说明】
某软件公司开发运维了一个社交网站系统，该系统基于开源软件平台LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)构建，运行一段时间以来，随着用户数量及访问量的增加，系统在Web服务器负载、磁盘I/O等方面出现了明显瓶颈，已不能满足大量客户端并发访问的要求，因此公司成立了专门的项目组，拟对系统架构进行调整以提高系统并发处理能力。目前系统采用了传统的三层结构，系统架构如图 5-1 所示。

【问题1】
针对目前出现的Web服务器负载过大问题，项目组决定在客户端与中间层Web服务器之间引入负载均衡器，通过中间层Web服务器集群来提高Web请求的并发处理能力。在讨论拟采用的负载均衡机制时，王工提出采用基于DNS的负载均衡机制，而李工则认为应采用基于反向代理的负载均衡机制，项目组经过讨论，最终确定采用李工提出的方案。请用200字以内的文字，分别简要说明两个机制的基本原理；并从系统执行效率、安全性及简易性等方面将两种机制进行对比，将对比结果填入表 5-1 中。

两种机制的基本原理：
基于DNS的负载均衡机制通过DNS服务器实现，通常通过循环复用具有同一域名的多个主机地址的服务器实现负载均衡。
反向代理负载均衡则是将来自Internet的连接请求以反向代理的方式动态转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。

【问题2】
针对并发数据库访问所带来的磁盘I/O瓶颈问题，项目组决定在数据层引入数据库扩展机制。经过调研得知系统数据库中存储的主要数据为以用户标识为索引的社交网络数据，且系统运行时发生的大部分数据库操作为查询操作。经过讨论，项目组决定引入数据库分区和MySQL主从复制两种扩展机制。数据库分区可采用水平分区和垂直分区两种方式，请用350字以内的文字说明在本系统中应采用哪种方式及其原因，并分析引入主从复制机制给系统带来的好处。

(1) 本系统中应主要使用水平分区机制。根据已知信息，系统数据库中存储的主要数据为以用户标识为索引的社交网络数据，采用水平分区机制可根据用户标识将用户数据进行水平分割，用户操作时先将请求分发到不同数据库分区，再进行具体数据库操作，以提高数据库访问效率。
(2) 引入主从复制机制所带来的好处：
①避免数据库单点故障：主服务器实时、异步复制数据到从服务器，当主数据库宕机时，可在从数据库中选择一个升级为主服务器，从而防止数据库单点故障。
②提高査询效率：根据系统数据库访问特点，可以使用主数据库进行数据的插入、删除及更新等写操作，而从数据库则专门用来进行数据査询操作，从而将査询操作分担到不同的从服务器以提高数据库访问效率。

【问题3】
为进一步提高数据库访问效率，项目组决定在中间层与数据层之间引入缓存机制。赵工开始提出可直接使用MySQL的查询缓存(query cache)机制，但项目组经过分析好友动态显示等典型业务的操作需求，同时考虑已引入的数据库扩展机制，认为查询缓存尚不能很好地提升系统的查询操作效率，项目组最终决定在中间层与数据层之间引入Memcached分布式缓存机制。
（a）请补充下述关于引入Memcached后系统访问数据库的基本过程：系统需要读取后台数据时，先检查数据是否存在于（1）中，若存在则直接从其中读取，若不存在则从（2）中读取并保存在（3）中；当（4）中数据发生更新时，需要将更新后的内容同步到（5）实例中。（备选答案：数据库、Memcacbed 缓存）
（b）请结合已知信息从缓存架构、缓存有效性及缓存数据类型等方面分析使用Memcached代替数据库查询缓存的原因。

(a)
(1) Memcached缓存
(2) 数据库
(3) Memcached缓存
(4) 数据库
(5) Memcached缓存
(b) 使用Memcached代替数据库查询缓存的原因：
(1) 缓存架构：数据库查询缓存通常每个数据库只有一个实例，因此存储内容受数据库服务器可用内存限制，可缓存数据有限。而Memcached可采用高速分布式缓存服务器结构，不受数据库服务器约束，可扩展性更好。
(2) 缓存有效性：数据库查询缓存只要在发生写操作时就会失效，即使更新的是数据库中的其他行。而Memcached可通过键值将数据进行散列缓存，有效降低缓存的更新频率，从而提髙缓存的有效性。
(3) 缓存数据类型：数据库查询缓存只能缓存数据库行，对社交网站好友动态显示等典型业务所需要的组合数据缓存缺乏有效支持，而Memcached理论上可缓存任何内容。因此可以将分散在数据库中的关系或者列表组合后进行缓存，以提高缓存数据的针对性和效率。

13

ESB

某航空公司希望对构建于上世纪七八十年代的主要业务系统进行改造与集成，提高企业的竞争力。由于集成过程非常复杂，公司决定首先以Ramp Coordination系统为例进行集成过程的探索与验证。
在航空业中，Ramp Coordination是指飞机从降落到起飞过程中所需要进行的各种业务活动的协调过程。通常每个航班都有一位员工负责Ramp Coordination,称之为Ramp Coordinatoro由Ramp Coordinator协调的业务活动包括检查机位环境、卸货和装货等。
由于航班类型、机型的不同，RampCoordination的流程有很大差异。图1-1(a)所示的流程主要针对短期中转航班，这类航班在机场稍作停留后就起飞；图1-1(b)所示的流程主要针对到达航班，通常在机场过夜后第二天起飞；图1-1©所示的流程主要针对离港航班，这类航班是每天的第一班飞机。这三种类型的航班根据长途/短途、国内/国外等因素还可以进一步细分，每种细分航班类型的Ramp Coordination的流程也咯有不同。

为了完成上述业务，Ramp Coordination信息系统需要从乘务人员管理系统中提取航班乘务员的信息、从订票系统中提取乘客信息、从机务人员管理系统中提取机务人员信息、接收来自航班调度系统的航班到达事件。其中乘务人员管理系统和航班调度系统运行在大型主机系统中，机务人员管理系统运行在Unix操作系统之上，订票系统基干Java语言，具有Web界面，运行在Linux操作系统之上。
目前RampCoordination信息系统主要由人工完成所有协调工作，效率低且容易出错。公司领导要求集成后的Ramp Coordination信息系统能够针对不同需求迅速开.要业务流程，灵活、高效地完成协调任务。
针对上述要求，公司IT部门的架构师经过分析与讨论，最终采用面向服务的架构，以服务为中心进行Ramp Coordination信息系统的集成工作。

【问题1】
服务建模是对Ramp Coordination信息系统进行集成的首要工作，公司的架构师首先对Ramp Coordination信息系统进行服务建模，识别出系统中的两个主要业务服务组件：
(1) Ramp Control：负责RampCoordination信息系统中相关各种业务活动的组件；
(2) Flight Management：负责航班相关信息的管理，包括航班日程，乘客信息等。

【问题2】
对Ramp Coordination信息系统的集成涉及对乘务人员管理系统、航班调度系统、机务人员管理系统和订票系统的组织与协调，公司架构师决定采用企业服务总线(Enterprise Service Bus,ESB)技术进行系统集成，请用200字以内的文字对ESB的定义进行描述，给出ESB的五个主要功能，并针对题干描述，将恰当的内容填入图1-2中的（1)〜（6)。

企业服务总线（Enterprise Service Bus,ESB)是传统中间件技术与XML、Web服务等技术结合的产物，主要支持异构系统集成。ESB基于内容的路由和过:虑，具备复杂数据的传输能力，并可以提供一系列的标准接口。
ESB的主要功能有：
(1) 服务位置透明性；
(2) 传输协议转换；
(3) 消息格式转换；
(4) 消息路由；
(5) 消息增强；
(6) 安全性；
(7) 监控与管理。

某软件公司拟开发一套电子商务系统，王工作为项目组负责人负责编制项目计划。由于该企业业务发展需要，CEO急于启动电子商务系统，要求王工尽快准备一份拟开发系统的时间和成本估算报告。
项目组经过讨论后，确定出与项目相关的任务如表2-1所示。其中，根据项目组开发经验，分别给出了正常工作及加班赶工两种情况下所需的时间和费用。

【问题1】
请用400字以内文字说明王工拟编制的项目计划中应包括哪些内容。
王工在接到任务后开始项目计划的编制工作，编制的计划应包括：

(1) 项目总计划（包括范围计划、工作范围定义、活动定义、资源需求、资源计划、活动排序、费用估算、进度计划及费用计划）》
(2) 项目辅助计划（质量计划、沟通计划、人力资源计划、风险计划、采购计划）。

【问题2】
请根据表2-1，分别给出正常工作和最短工期两种情况下完成此项目所需的时间和费用。

(1) 正常工作：时间41天，成本74200元；
(2) 最短工期：时间27天，成本91600元。

本问题考查项目计划中的进度计划。根据表2-1中所列任务、时间和任务间依赖关系，分别绘制正常和加班两种情况下项目开发的PERT图，分别找出最长的路径即关键路径。正常工作情况下，所需时间为41天，费用74200元；加班工作情况’其最短工期为27天，费用91600元。

【问题3】
如果项目在系统调研阶段用了7天时间才完成，公司要求尽量控制成本，王工可在后续任务中采取什么措施来保证项目能按照正常工作进度完成？
在“B提交项目计划”和“I安装部署”任务中采用加班工作措施，以使得项目能够按照正常工作进度完成。

本问题考查项目计划中的任务调度。正常工作所需时间为41天，由干系统调研任务多花费了3天时间，所以后续任务必须加班工作才能保证项目按照正常工作进度完成。为了满足题目要求，后续所调整的任务必须满足两个条件：
（1)调整位于关键路径上的关键任务；
（2)调整这些任务所增加的成本最小。
经过计算关键任务每减少一天的费用可知，任务B的300元/天和任务I的500元/天为最小值。所以，可以在“B提交项目计划”和“I安装部署”任务中采用加班工作措施，以使得项目能够按照正常工作进度完成。

【问题4】
如果企业CEO想在34天后系统上线，王工应该采取什么措施来满足这一要求？这种情况下完成项目所需的费用是多少？

在“A系统调研”、“B提交项目计划”、“H测试修改”和“I安装部署”任务中采用加班工作措施。项目所需费用79700元。

本问题考查项目计划中的任务调度。为了满足题目要求，可在【问题3】的基础上，计算任务A每减少一天的成本，再综合计算41-34=7天所增加成本的最小值。计箅后可知，除了任务B和任务I外，任务H的1000元/天和任务A的1200元/天为关键任务的最小值。需要注意的是任务E为600元/天，但其不是关键任务，所以调整该任务对整个项目的开发工期没有影响。所以，在“A系统调研”、“B提交项目计划”、“H测试修改”和“I安装部署”任务中采用加班工作措施。项目所需费用79700元。

mvc

某商业银行欲开发一套个人银行系统，为用户提供常见的金融服务，包括转账、查询、存款变更和个人信息管理等功能。该软件除了业务需求外，还有一些特殊的表现层需求：
(1) 根据用户级别的不同，界面和可用功能是不同的；
(2) 支持Web、Windows、手机App等多种不同类型的界面；
(3) 考虑到将来功能的扩展，需要系统支持界面的定制以及动态生成等功能，以降低系统维护和新功能发布的成本。
经过对需求的讨论，该银行初步决定采用MVC模式设计该个人银行系统的表现层，采用XML作为GUI的描述语言，并应用XML的界面管理技术来实现灵活的界面配置、界面动态生成和界面定制。

【问题1】
MVC模式强制性地将一个应用处理流程按照模型、视图、控制的方式进行分离，三者的协作关系如图4-1所示。

请填写图4-1中的（1)〜（3)，并简要说明在该个人银行系统中采用MVC模式对界面设计的作用。

(1)选择视图；
(2)业务处理；
(3)状态查询
MVC模式对该个人银行系统的作用：
(1) 允许多种界面的扩展，视图的变更与增加，与模型无关；
(2) 易于维护，控制器和视图随着模型的扩展而扩展，只要保持公共接口，控制器和视图的旧版本可以继续使用；
(3) 可支持功能强大的用户界面。

【问题2】
请从设计模式的角度，简要说明设计方案采用XML作为GUI描述语言的机制。

从设计模式的角度来说，整个XML表现层解柝的机制是一种策略模式。在调用显示GUI时，不是直接调用特定的表现技术的API,而是装载GUI对应的XML配置文件，然后根据特定的表现技术的解析器解析XML，得到GUI视图实例对象。这样，对于GUI开发人员来说，GUI视图只需要维护一套XML文件即可。

【问题3】
基于XML的界面管理技术可实现灵活的界面配置、界面动态生成和界面定制，其思路是用XML生成配置文件及界面所需的元数据，按不同需求生成界面元素及软件界面，其技术框图如图4-2所示。

请将恰当的内容填入图4-2中的（1)〜（3)，并简要解释说明其含义。

本问题考查基于XML的界面管理相关知识。
基于XML的界面管理技术可以实现灵活的界面配置、界面动态生成和界面定制。其思路是用XML生成配置文件及界面所需的元数据，按照不同需求生成界面元素和软件界面。基本思路如图4-4所示。

界面定制是对用户界面的动态修改过程，在软件运行过程中，用户可按照需求和使用习惯，对界面元素的属性进行修改。软件运行结束后，界面定制的结果被保存。
界面动态生成是系统通过DOMAPI读取XML配置文件的表示层信息，通过数据存取类读取数据库中的数据层信息，运行时由界面元素动态生成界面。界面配置和定制模块在软件运行前后修改配置文件、更改界面内容。
界面配置是对用户界面的静态定义，通过读取配置文件的初始值对界面配置。由界面配置对软件功能进行裁剪、重组和扩充，以实现特殊需求。
基于XML的界面管理技术实现的管理信息系统实现了用户界面描述信息与功能实现代码的分离，可针对不同用户需求进行界面配置和定制，能适应一定程度的数据结构改动。只需要对XML文件稍加修改，即可实现系统的移植。

安全

某软件公司拟开发一套信息安全支撑平台，为客户的局域网业务环境提供信息安全保护。该支撑平台的主要需求如下：
(1) 为局域网业务环境提供用户身份鉴别与资源访问授权功能；
(2) 为局域网环境中交换的网络数据提供加密保护；
(3) 为服务器和终端机存储的敏感持久数据提供加密保护；
(4) 保护的主要实体对象包括局域网内交换的网络数据包、文件服务器中的敏感数据文件、数据库服务器中的敏感关系数据和终端机用户存储的敏感数据文件；
(5) 服务器中存储的敏感数据按安全管理员配置的权限访问；
(6) 业务系统生成的单个敏感数据文件可能会达到数百兆的规模；
(7) 终端机用户存储的敏感数据为用户私有；
(8) 局域网业务环境的总用户数在100人以内。

【问题1】
在确定该支撑平台所采用的用户身份鉴别机制时，王工提出采用基于口令的简单认证机制，而李工则提出采用基于公钥体系的认证机制。项目组经过讨论，确定采用基于公钥体系的机制，请结合上述需求具体分析采用李工方案的原因。

(1) 基于口令的认证方式实现简单，但由于口令复杂度及管理方面的原因，易受到认证攻击；而在基于公钥体系的认证方式中，由于其密钥机制的复杂性，同时在认证过程中私钥不在网络上传输，因此可以有效防止认证攻击，与基于口令的认证方式相比更为安全。
(2) 按照需求描述，在完成用户身份鉴别后，需依据用户身份进一步对业务数据进行安全保护，且受保护数据中包含用户私有的终端机数据文件，在基于口令的认证方式中，用户口令为用户和认证服务器共享，没有用户独有的直接秘密信息，而在基于公钥的认证方式中，可基于用户私钥对私有数据进行加密保护，实现更加简便。
(3) 基于公钥体系的认证方式协议和计算更加复杂，因此其计算复杂度要高？基于口令的认证方式，但业务环境的总用户数在100人以内，用户规模不大，运行环境又为局域网环境，因此基于公钥体系的认证方式可满足平台效率要求。

【问题2】
针对需求（7)，项目组经过讨论，确定了基于数字信封的加密方式，其加密后的文件结构如图5-1所示。请结合需求说明对文件数据进行加密时，应采用对称加密的块加密方式还是流加密方式，为什么？并对该机制中的数据加密与解密过程进行描述。

应采用流加密方式。因为需求中提及“单个敏感数据文件可能会达到数百兆的规模”，文件数据量较大，使用流加密方式可以获得更高的加解密效率。
数据加密与解密过程如下：
其加密过程为：首先生成一个对称密钥，使用用户公钥加密这个对称密钥后存储在文件头，然后用生成的对称密钥加密文件数据存储；
其解密过程为：用户首先使用自己的私钥解密被加密的对称密钥，再用该对称密钥解密出数据原文。

本问题考查文件数据的加密保护技术。因为【说明】中第（6)条需求•:是及“单个敏感数据文件可能会达到数百兆的规模”，文件数据量较大，使用流加密方式可以获得更高的加解密效率，因此应采用流加密方式。该机制中数据加密与解密过程属于常规的基于数字信封的加解密方式，属于基本的信息安全知识。

【问题3】
对数据库服务器中的敏感关系数据进行加密保护时，客户业务系统中的敏感关系数据主要是特定数据库表中的敏感字段值，客户要求对不同程度的敏感字段采用不同强度的密钥进行防护，且加密方式应尽可能减少安全管理与应用程序的负担。目前数据库管理系统提供的基本数据加密方式主要包括加解密API和透明加密两种，请用300字以内的文字对这两种方式进行解释，并结合需求说明应采用哪种加密方式。

目前数据库管理系统提供的基本数据加密支持主要有以下两种：
(1) 加解密API:数据库管理系统提供可在SQL语句中调用的加解密API,应用可以利用这些API构建自己的基础架构，对数据进行加密保护。
(2) 透明加密：安全管理员为数据库敏感字段选择加密方式及密钥强度，应用访问受保护数据时只需使用口令打开或关闭密钥表，对数据的加密和解密由数据库管理系统自动完成。
加解密API方式的灵活性强，但构建和管理复杂；而透明加密方式管理简单，应用程序负担轻，但灵活性较差。用户要求尽可能减少安全管理与应用程序的负担，因此应选择透明加密方式。
本问题考査数据库持久数据的加密保护技术。目前数据库管理系统提供的基本数据加密方式主要包括加解密API和透明加密两种，典型的如Oracle数据库管理系统中提供的数据加密方式。其中加解密API方式的灵活性强，但构建和管理复杂；而透明加密方式管理简单，应用程序负担轻，但灵活性较差。透明加密方式支持对特定敏感字段进行透明加密，且可以根据安全管理需要对不同程度的敏感字段采用不同强度的密钥进行保护，满足题目要求，同时题目中明确给出“用户要求尽可能减少安全管理与应用程序的负担”，因此应选择透明加密方式。

12

架构风格

【说明】
某软件公司为其新推出的字处理软件设计了一种脚本语言，专门用于开发该字处理软件的附加功能插件。为了提高该语言的编程效率，公司组织软件工具开发部门为脚本语言研制一套集成开发环境。软件工具开发部门根据字处理软件的特点，对集成开发环境进行了需求分析，总结出以下3项核心需求：
(1) 集成开发环境需要提供对脚本语言的编辑、语法检查、解释、执行和调试等功能的支持，并要实现各种功能的灵活组合、配置与替换。
(2) 集成开发环境需要提供一组可视化的编程界面，用户通过对界面元素拖曳和代码填充的方式就可以完成功能插件核心业务流程的编写与组织。
(3) 在代码调试功能方面，集成开发环境需要实现在脚本语言编辑界面中的代码自动定位功能。具体来说，在调试过程中，编辑界面需要响应调试断点命中事件，并自动跳转到当前断点处所对应的代码。
针对上述需求，软件工具开发部门对集成开发环境的架构进行分析与设计，王工认为该集成开发环境应该采用管道-过滤器的架构风格实现，李工则认为该集成开发环境应该采用以数据存储为中心的架构风格来实现。公司组织专家对王工和李工的方案进行了评审，最终采用了李工的方案。

【问题1】
请用200字以内的文字解释什么是软件架构风格，并从集成开发环境与用户的交互方式、集成开发环境的扩展性、集成开发环境的数据管理三个方面说明为什么最终采用了李工的设计方案。

软件架构风格是指描述特定软件系统组织方式的惯用模式。组织方式描述了系统的组成构件和这些构件的组织方式，惯用模式则反映众多系统共有的结构和语义。
从集成开发环境与用户的交互方式看，用户通常采用交互式的方式对脚本语言进行编辑、解释执行与调试。在这种情况下，采用以数据存储为中心的架构风格能够很好地支持交互式数据处理，而管道-过滤器架构风格则对用户的交互式数据处理支持有限。
从集成开发环境的扩展性来看，系统核心需求要求实现各种编辑、语法检查、解释执行等多种功能的灵活组织、配置与替换。在这种情况下，采用以数据存储为中心的架构风格，以数据格式解耦各种功能之间的依赖关系，并可以灵活定义功能之间的逻辑顺序。管道-过滤器架构风格同样以数据格式解耦数据处理过程之间的依赖关系，但其在数据处理逻辑关系的灵活定义方面较差。
从集成开发环境的数据管理来看，集成开发环境需要支持脚本语言、语法树（用于检查语法错误)、可视化模型、调试信息等多种数据类型，并需要支持数据格式的转换。 以数据存储为中心的架构将数据存储在统一的中心存储器中，中心存储器能够表示多种数据格式，并能够为数据格式转换提供各种支持。管道-过滤器架构风格通常只能支持有限度的数据格式，并且在数据格式转换方面的灵活性较差。

【问题2】
在对软件系统架构进行设计时，要对架构需求进行分析，针对特定需求选择最为合适的架构风格，因此实际的软件系统通常会混合多种软件架构风格。请对核心需求进行分析，说明为了满足需求（2)和（3)，分别应采用何种架构风格，并概要说明采用相应架构风格后的架构设计过程。

为了满足需求（2)，应该采用解释器架构风格。具体来说，需要：①为可视化编程元素及其拖拽关系定义某种语言，并描述其语法与语义；②编写解释器对该语言进行 解释；③生成对应的脚本语言程序。
为了满足需求（3)，应该采用隐式调用架构风格。具体来说，首先需要定义“断点在调试过程中命中”这一事件，并实现当断点命中后的屏幕定位函数。集成开发环境维 护一个事件注册表结构，将该事件与屏幕定位函数关联起来形成注册表中的一个记录项。 在调试过程中，集成开发环境负责监听各种事件，当“断点在调试过程中命中”这一事件发生时，集成开发环境查找事件注册表，找到并调用屏幕定位函数，从而实现脚本语言编辑界面与调试代码的自动定位。

ODP

【说明】
某软件公司拟开发一套电信领域的分布式系统，该系统后台多个功能模块同时运行时的计算负载较大，且需要控制不同的特定电信硬件设备，由于硬件体积和I/O端口冲突等原因，这些设备需要分散安装在多个不同计算机系统中。该系统上线运行后将为企业最终用户提供7X24小时的不间断服务，而用户的单次接入服务往往需要后台多个模块共同协作完成。基于上述原因，该系统后台软件模块需分布在局域网内的多台计算机上。
项目组决定基于ISO的开放分布进程（0DP)规范来进行系统架构的设计与开发，近期项目组召开了多次会议，对架构设计阶段的关键问题进行了讨论分析。

【问题1】
ODP从5个标准的视点组织分析系统的架构，这些视点描述了同一系统的不同重要方面，请根据图2-1中不同视点所关注的核心内容，将备选的架构视点填入图中的（1)~ (5)。

备选答案：技术选择架构、企业业务架构、分布式工程架构、计算接口架构、逻辑信息架构

(1)企业业务架构
(2) 逻辑信息架构
(3) 计算接口架构
(4) 分布式工程架构
(5) 技术选择架构

【问题2】
在技术选择架构规划时，王工认为系统应基于现有分布式基础设施（分布式中间件) 来构建，因为这样可以充分利用现有基础设施提供的各种支撑，在更短时间内构造出质量更高的分布式系统；而李工则认为可基于基本的进程间通信机制自主开发系统的支撑平台，这样可以避免对特定中间件的依赖，项目组经过认真讨论，最终采用了王工的方案。请用400字以内文字，从构件管理支持、互操作支持以及公共服务支持三个方面说明现有分布式基础设施为构建分布式系统所提供的基本支撑。

(1) 构件管理支持：现有分布式基础设施一般通过构件容器为构件提供基本的运行环境；具体功能一般包括管理构件的实例及其生命周期、管理构件的元信息等。
(2) 互操作支持：现有分布式基础设施均提供了高层通信协议以屏蔽节点的物理特性以及各节点在处理器、操作系统、程序设计语言等方面的异构性；基于互操作支持， 开发人员在开发与调用分布式对象时，均不需自己编写处理底层通信的代码。
(3) 公共服务支持：现有分布式基础设施通常将针对分布式软件的通用支持集成于一身，以公共服务的形式提供给应用程序；其提供的常见公共服务包括命名服务、事务 服务、安全服务、持久性服务等。

【问题3】
由于系统后台模块的分布式特性，后台分布式对象之间的互操作机制是需要考虑的核心问题之一。图2-2所示是当前分布式基础设施中支持分布式对象互操作的基本机制， 请将相应部件名称填入图中（1) ~ (2)；基于图2-2给出的结构，用300字以内文字说明完成一次分布式对象调用的详细步骤。

(1) 存根/粧
(2) 框架或
(1) 代理
(2) 存根
一次远程调用的过程如下：
①客户程序将调用请求发送给客户端粧，对于客户程序来说，桩就是服务程序在客户端的代理。
②客户端粧负责将远程调用请求进行编组并发送给通信总线。
③调用请求经通信总线传送到服务端框架。
④服务端框架将调用请求解组并分派给真正的远程对象实现（服务程序)。
⑤服务程序完成客户端的调用请求，将结果返冋给服务端框架。
⑥服务端框架将调用结果编组并发送给通信总线。
⑦调用结果经通信总线传送到客户端桩。
⑧客户端粧将调用结果解组并返回给客户程序，客户程序得到调用结果。

嵌入式

【说明】
在嵌入式系统中，软件采用开放式架构已成为新的发展趋势。软件架构设计的优劣将直接影响软件的重用和移植能力。
某软件公司主要从事宇航领域的嵌入式软件研发工作。经二十多年的发展，其软件产品已被广泛应用于各种航天飞行器中。该公司积累了众多成熟软件，但由于当初没有充分考虑软件的架构，原有软件无法被再利用，为适应嵌入式软件技术发展需要，该公司决策层决定成立宇航嵌入式软件开放式架构研究小组，为公司完成开放式架构的定义与设计，确保公司软件资源能得到充分利用。
研究小组查阅了大量的国外资料和标准，最终将研究重点集中在了 SAEAS4893《通用开放式架构（GOA)框架》标准，图3-1给出了 GOA定义的架构图。

【问题1】
请用300字以内的文字简要说明开放式架构的四个基本特点。

开放架构应具有以下4个基本特点：
①可移植性。各种计算机应用系统可在具有开放架构特性的各种计算机系统间进行移植，不论这些计算机是否同种型号、同种机型。
②可互操作性。如计算机网络中的各结点机都具有开放架构的特性，则该网上各结点机间可相互操作和资源共享。
③可剪裁性。如某个计算机系统是具有开放架构特性的，则在该系统的低档机上运行的应用系统应能在高档机上运行，原在高档机上运行的应用系统经剪裁后也可在低档机上运行。
④易获得性。在具有开放架构特性的机器上所运行的软件环境易于从多方获得，不受某个来源所控制。

【问题2】
如图3-1所示，GOA框架规定了软件、硬件和接口的结构，以在不同应用领域中实现系统功能。GOA框架规定了一组接口，其重要特点是建立了关键组件及组件间接口关系，这些接口的确定可用于支持软件的可移植性和可升级性，以满足功能的增加和技术的更新要求。除操作系统服务与扩展操作系统之间的接口（3X)外，GOA将其他接口分为两类：即直接接口 (iD (i=l, 2, 3, •••))和逻辑接口（iL (i=l, 2, 3，•••))， 直接接口定义了信息传输方式；逻辑接口定义了对等数据交换的要求，逻辑接口没有定义真正的信息传输方式，其传输发生在一个或多个直接接口。根据图3-1所标注的接口在框架中的具体位置，请填写表3-1的（1)〜（8)处空白。

设计模式

【说明】
某软件企业为影音产品销售公司W开发一套在线销售系统，以提升服务的质量和效率。项目组经过讨论后决定釆用面向对象方法开发该系统。在设计建模阶段需要满足以下设计要求：
(1) W公司经常进行促销活动。根据不同的条件（如订单总额、商品数量、产品种类等)，公司可以提供百分比折扣或现金减免等多种促销方式供提交订单的用户选择。实现每种促销活动的代码量很大，且会随促销策略不同经常修改。系统设计中需要考虑现有的促销和新的促销，而不用经常地重写控制器类代码。
(2) 该在线销售系统需要计算每个订单的税率，不同商品的税率及计算方式会有所区别。所以W公司决定在系统中直接调用不同商品供应商提供的税率计算类，但每个供应商的类提供了不同的调用方法。系统设计中需要考虑如果公司更换了供应商，应该尽可能少地在系统中修改或创建新类。
项目组架构师决定采用设计模式来满足上述设计要求，并确定从当前已经熟练掌握的设计模式中进行选择，这些设计模式包括：适配器模式（Adapter)、构造器模式(Builder)、命令模式（Command)、外观模式（Facade)、中介模式（Mediator)、原型模 式（Prototype)、代理模式（Proxy)、状态模式（State)和策略模式（Strategy)等。

【问题1】
设计模式按照其应用模式可以分为三类：创建型、结构型和行为型，请用200字以内文字说明三者的作用。

创建型模式主要用于创建对象，为设计类实例化新对象提供指南。
结构型模式主要用于处理类或对象的组合，对类如何设计以形成更大的结构提供指南。
行为型模式主要用于描述类或对象的交互以及职责的分配，对类之间交互以及分配责任的方式提供指南。

【问题2】
请将项目组已经掌握的设计模式按照其作用分别归类到创建型、结构型和行为型模式中。

创建型模式：构造器模式、原型模式。
结构型模式：适配器模式、外观模式、代理模式。
行为型模式：命令模式、中介模式、状态模式和策略模式。

【问题3】
针对题目中所提出的设计要求（1)和（2)，项目组应该分别选择何种设计模式？ 请分别用200字以内文字说明具体的解决方案。

(1) 策略模式
解决方案：在具有公共接口的独立类中定义每个计算。可以利用该模式创建各种促销类，它们从同一个超类继承。每个类都有相同名称的标准接口方法，用于根据订单编号计算将要折扣的金额总数。计算每个促销的内部代码对促销类来说完全不同（3分)。
(2) 适配器模式
解决方案：增加一个类作为适配器，转换类的接口到客户端类期望的另一个接口。实现一个适配器类，这个类为系统的其他部分提供了一个不变的方法供调用，为了集成不同商品供应商提供的税率计算类，编写一个适配器类的子类，包含调用购买类所需的代码。该子类将系统的调用映射到某个供应商的税率计算类。如果要更换供应商，那么只需要写一个新的适配器子类，其他保持不变。

关系型数据库和nosql

【说明】
某软件公司欲开发一个基于Web 2.0的大型社交网络系统。就该系统的数据架构而言，李工决定采用公司熟悉的数据架构，使用通用的商用关系型数据库，系统内部数据 采用中央集中方式存储。
该系统投入使用后，初期用户数量少，系统运行平稳。6个月后，用户数出现了爆炸式增长，系统暴露出诸多问题，集中表现在：
(1) 用户执行读写操作时，响应时间均变得很慢；
(2) 随着系统功能的扩充，原有数据格式发生变化，又出现新的数据格式，维护困难；
(3) 数据容量很快超过系统原有的设计上限，数据库扩容困难；
(4) 软件系统不断出现宕机，整个系统可用性较差。
经过多次会议讨论，公司的王工建议采用NoSQL数据库来替代关系数据库，以解决上述问题。但李工指出NoSQL数据库出现时间不长，在使用上可能存在风险。公司技术人员对NoSQL数据库产品进行了认真测试，最终决定采用NoSQL数据库来替代现有的数据库系统。

【问题1】
分别解释产生问题（1)〜（4)的原因。

其原因主要是：
(1) 用户响应时间慢。大型社交网络系统要根据用户个性化信息来实时生成动态页面和提供动态信息，所以基本上无法使用动态页面静态化技术，因此数据库并发负载非常高，往往要达到每秒上万次读写请求。关系数据库应付上万次SQL查询还勉强可以， 但是应付上万次SQL写数据请求，硬盘I/O就已经无法承受了。特别是涉及到多表连接 操作，会导致响应变慢。
(2) 数据格式变化。大型社交网络系统随着用户的使用，会不断地增加新的功能， 导致原有数据格式发生变化，甚至出现新的数据格式。但关系数据库中采用元组方式组织数据，难以使用新型数据格式，难以维护。
(3) 数据容量超过设计上限。对于大型社交网络系统，往往会在很短时间内产生海量数据。关系数据库多采用中央数据存储，使得数据容量受限于前期设计的上限，很难实现数据容量的横向扩展。
(4) 系统可用性差：关系数据库采用中央数据存储，容易成为系统的性能瓶颈，单点故障很容易导致系统崩溃，负载过高往往导致系统出现宕机现象。

【问题2】
请针对问题（1)〜（4)，分别指出NoSQL数据库的哪些特点促使公司最终采用了 NoSQL数据库。

针对问题（1)，NoSQL数据库支持高并发数据访问，性能较高。
针对问题（2)，NoSQL数据库的数据存储结构松散，能够灵活支持多种类型的数据格式。
针对问题（3)，NoSQL数据库能够支持海量数据的存储，且易于横向扩展。
针对问题（4)，NoSQL数据库基于分布式数据存储，不存在单点故障和性能瓶颈，系统可用性高。

【问题3】
请指出该系统采用NoSQL数据库时可能存在的问题。

该系统采用NoSQL数据库时可能存在的问题有：
(1) NoSQL数据库的现有产品不够成熟，大多数产品处于初创期。
(2) NoSQL数据库并未形成一定的标准，产品种类繁多，缺乏官方支持。
(3) NoSQL数据库不提供对SQL的支持，学习和应用迁移成本较高。
(4) NoSQL数据库支持的特性不够丰富，现有产品提供的功能比较有限。

11

质量属性

【说明】
某网上购物电子商务公司拟升级正在使用的在线交易系统，以提高用户网上购物在线支付环节的效率和安全性。在系统的需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和关键质量属性场景如下：
(a) 正常负载情况下，系统必须在0.5秒内对用户的交易请求进行响应；
(b) 信用卡支付必须保证99.999%的安全性；
© 对交易请求处理时间的要求将影响系统的数据传输协议和处理过程的设计；
(d) 网络失效后，系统需要在1.5分钟内发现错误并启用备用系统；
(e) 需要在20人月内为系统添加一个新的CORBA中间件；
(f) 交易过程中涉及到的产品介绍视频传输必须保证画面具有600*480的分辨率，20帧/秒的速率；
(g) 更改加密的级别将对安全性和性能产生影响；
(h) 主站点断电后，需要在3秒内将访问请求重定向到备用站点；
(i) 假设每秒中用户交易请求的数量是10个，处理请求的时间为30毫秒，则“在1秒内完成用户的交易请求”这一要求是可以实现的；
(j)用户信息数据库授权必须保证99.999%可用；
(k)目前对系统信用卡支付业务逻辑的描述尚未达成共识，这可能导致部分业务功能模块的重复，影响系统的可修改性；
(1)更改Web界面接口必须在4人周内完成；
(m)系统需要提供远程调试接口，并支持系统的远程调试。
在对系统需求和质量属性场景进行分析的基础上，系统的架构师给出了三个候选的架构设计方案。公司目前正在组织系统开发的相关人员对系统架构进行评估。

【问题1】
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。请给出合适的质量属性，填入图1-1中（1)、(2)空白处；并选择题干描述的（a)〜（m)，填入（3)〜（6)空白处，完成该系统的效用树。

【问题2】
在架构评估过程中，需要正确识别系统的架构风险、敏感点和权衡点，并进行合理的架构决策。请用300字以内的文字给出系统架构风险、敏感点和权衡点的隹义，并从 题干（a)〜（m)中各选出1个对系统架构风险、敏感点和权衡点最为恰当的描述。

系统架构风险是指架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患。
敏感点是指为了实现某种特定的质量属性，一个或多个系统组件所具有的特性。权衡点是指影响多个质量属性，并对多个质量属性来说都是敏感点的系统属性。题干描述中，（k)描述的是系统架构风险；（c)描述的是敏感点；（g)描述的是权衡点。

数据库设计

【说明】
某软件公司成立项目组为某高校开发一套教职工信息管理系统。与教职工信息相关的数据需求和处理需求如下：
(1) 数据需求：在教职工信息中能够存储学校所有在职的教工和职工信息，包括姓名、所属部门、出生年月、工资编号、工资额和缴税信息；部门信息中包括部门编号、部门名称、部门人数和办公地点信息。
(2) 处理需求：能够根据编制内或外聘教职工的工资编号分别查询其相关信息；每个月的月底统一核发工资，要求系统能够以最快速度査询出教工或者职工所在部门名称、实发工资金额；由于学校人员相对稳定，所以数据变化及维护工作量很少。
项目组王工和李工针对上述应用需求分别给出了所设计的数据模型（如图2-1和图 2-2所示)。王工遵循数据库设计过程，按照第三范式对数据进行优化和调整，所设计的数据模型简单且基本没有数据冗余；而李工设计的数据模型中存在大量数据冗余。
项目组经过分析和讨论，特别是针对数据处理中对数据访问效率的需求，最终选择了李工给出的数据模型设计方案。

【问题1】
请用300字以内的文字，说明什么是数据库建模中的反规范化技术，指出采用反规范化技术能获得哪些益处，可能带来哪些问题。

规范化设计后，数据库设计者希望牺牲部分规范化来提髙性能，这种从规范化设计的回退方法叫做反规范化技术。反规范化设计允许保留或者新增一些冗余数据，从而减少数据查询中表连接的数目或简化计算过程，提高数据访问效率。
采用反规范化技术的益处：能够减少数据库查询时SQL连接的数目，从而减少磁盘I/O数据量，提高查询效率。
可能带来的问题：数据的重复存储，浪费了磁盘空间；为了保障数据的一致性，增加了数据维护的复杂性。

【问题2】
请简要叙述常见的反规范化技术有哪些。

常见的反规范化技术包括：
(1) 增加冗余列：在多个表中保留相同的列，通过增加数据冗余减少或避免查询时的连接操作；
(2) 增加派生列：在表中增加可以由本表或其他表中数据计算生成的列，减少查询时的连接操作并避免计算或使用集合函数；
(3) 表水平分割：根据一列或多列数据的值，把数据放到多个独立的表中，主要用于表数据规模很大、表中数据相对独立或数据需要存放到多个介质上时使用；
(4) 表垂直分割：对表进行分割，将主键与部分列放到一个表中，主键与其他列放到另一个表中，在查询时减少I/O次数。

【问题3】
请分析李工是如何应用反规范化技术来满足教职工信息管理需求的。

在教职工信息管理系统的需求中，（1)能够根据编制内或外聘教职工的工资编号分别查询其相关信息；（2)数据查询要求有很高的处理效率。
李工所设计的数据模型中采用了三种反规范化技术：
(1) 增加冗余列：增加“部门名称”列，消除了数据查询中“教职工信息”表和“部门信息”表之间的连接；
(2) 增加派生列：增加“实发工资”列，消除了实发工资的计算过程；
(3) 表水平分割：将教职工信息表分割为“编制内教职工信息”表和“外聘教职工信息”表，减少了数据查询的范围。

数据访问

【说明】
某公司拟开发一个市场策略跟踪与分析系统，根据互联网上用户对公司产品信息的访问情况和产品实际销售情况来追踪各种市场策略的效果。其中互联网上用户对公司产品信息的访问情况需要借助两种不同的第三方Web分析软件进行数据采集与统计，并生成不同格式的数据报表；公司产品的实际销售情况则需要通过各个分公司的产品销售电子表格或数据库进行采集与汇总。得到相关数据后，还要对数据进行分析与统计，并通过浏览器以在线的方式向市场策略制定者展示最终的市场策略效果。
在对市场策略跟踪与分析系统的架构进行设计时，公司的架构师王工提出采用面向服务的系统架构，首先将各种待集成的第三方软件和异构数据源统一进行包装，然后将数据访问功能以标准Web服务接口的形式对外暴露，从而支持系统进行数据的分析与处理，前端则采用CSS等技术实现浏览器数据的渲染与展示。架构师李工则认为该系统的核心在于数据的定位、汇聚与转换，更适合采用面向资源的架构，即首先为每种数据元素确定地址，然后将各种数据格式统一转换为JSON格式，通过对JSON数据的组合支 持数据的分析与处理任务，处理结果经过渲染后在浏览器的环境中进行展示。在架构评估会议上，专家对这两种方案进行综合评价，最终采用了李工的方案。

【问题1】
请根据题干描述，对市场策略跟踪与分析系统的数据源特征与数据操作方式进行分析，完成表4-1中的（1)〜（3)，并用200字以内的文字说明李工方案的优点。

通过对系统的数据源特征和数据操作方式进行分析可以看出，待集成的数据均为持久型数据（文件或数据库），系统对数据的访问均为只读非实时性的。针对上述应用特征，李工提出的面向资源的架构方式以对数据资源的只读访问为核心，通过数据唯一标识直接对各种数据进行访问与获取，系统架构清晰、实现简单、效率较高。

【问题2】
请从数据获取方式、数据交互方式和数据访问的上下文无关性三个方面对王工和李工的方案进行比较，并用500字以内的文字说明为什么没有采用王工的方案。

从数据获取方式看，王工的方案需要将现有的多个系统和异构的数据源包装为服务，采用Web服务暴露数据接口，客户端需要通过服务调用获取数据，这种方法工作量大，复杂度较高。李工的方案则绕开了复杂的功能封装，只需要明确数据的位置与标识， 通过特定的网络协议直接使用标识定位并获取数据，与王工的方案相比工作量小，实现简单。
从数据交互方式看，王工的方案采用远程过程调用和异步XML消息等模式实现数据交互，这种方式适合于系统之间功能调用时进行的少量数据传输，而在进行单纯的数据访问时效率不高，稳定性也较差。李工的方案则以数据资源为核心，在对数据资源进行标识的基础上，通过标识符直接对数据资源进行访问与交互，实现简单且效率较高。
从数据访问的上下文无关性看，王工的方案中数据访问是与上下文有关的，具体表现在每次客户端进行数据请求都需要附加唯一的请求标识，并且服务端需要区分不同的客户端请求，效率较低。李工的方案中数据访问是与上下文无关的，客户端通过全局唯一的统一资源标识符（URI)请求对应的数据资源，服务端不需要区分不同的客户端请求。

【问题3】
表现层状态转换（REST)是面向资源架构的核心思想，请用200字以内的文字解释什么是REST,并指出在REST中将哪三种关注点进行分离。

REST从资源的角度来定义整个网络系统结构，分布在各处的资源由统一资源标识符（URI)确定，客户端应用程序通过URI获取资源的表现，并通过获得资源表现使得其状态发生改变。
REST中将资源、资源的表现和获取资源的动作三者进行分离。

安全

【说明】
某大型跨国企业的IT部门一年前基于SOA (Service-Oriented Architecture)对企业原有的多个信息系统进行了集成，实现了原有各系统之间的互连互通，搭建了支撑企业完整业务流程运作的统一信息系统平台。随着集成后系统的投入运行，IT部门发现在满 足企业正常业务运作要求的同时，系统也暴露出明显的安全性缺陷，并在近期出现了企业敏感业务数据泄漏及系统核心业务功能非授权访问等严重安全事件。针对这一情况， 企业决定由IT部门成立专门的项目组负责提髙现有系统的安全性。
项目组在仔细调研和分析了系统现有安全性问题的基础上，决定首先为在网络中传输的数据提供机密性（Confidentiality)与完整性（Integrity)保障，同时为系统核心业务 功能的访问提供访问控制机制，以保证只有授权用户才能使用特定功能。
经过分析和讨论，项目组决定采用加密技术为网络中传输的数据提供机密性与完整性保障。但在确定具体访问控制机制时，张工认为应该采用传统的强制访问控制 (Mandatory Access Control)机制，而王工则建议采用基于角色的访问控制（Role-Based Access Control)与可扩展访问控制标记语言(extensible Access Control Markup Language, XACML)相结合的机制。项目组经过集体讨论，最终采用了王工的方案。

【问题1】
请用400字以内的文字，分别针对采用对称加密策略与公钥加密策略，说明如何利用加密技术为在网络中传输的数据提供机密性与完整性保障。

对称加密策略：
机密性：发送者利用对称密钥对要发送的数据进行加密，只有拥有正确相同密钥的接收者才能将数据正确解密，从而提供机密性。
完整性：发送者根据要发送的数据生成消息认证码（或消息摘要），利用对称密钥对消息认证码进行加密并附加到数据上发送；接收者使用相同密钥将对方发送的消息认证码解密，并根据接收到的数据重新生成消息认证码，比较两个认证码是否相同以验证数据的完整性。
公钥加密策略：
机密性：发送者利用接收者的公钥对要发送的数据进行加密，只有拥有对应私钥的接收者才能将数据正确解密，从而提供机密性。
完整性：发送者根据要发送的数据生成消息认证码（或消息摘要），利用自己的私钥对消息认证码进行加密并附加到数据上发送；接收者利用对方的公钥将对方发送的消息认证码解密，并根据接收到的数据重新生成消息认证码，比较两个认证码是否相同以验证数据的完整性。

【问题2】
请用300字以内的文字，从授权的可管理性、细粒度访问控制的支持和对分布式环境的支持三个方面指出项目组采用王工方案的原因。

采用王工方案是因为基于角色的访问控制与XACML相结合的机制具有以下优势： 授权的可管理性：RBAC将用户与权限分离，相比MAC减小了授权管理的复杂性, 更适合于大型企业级系统的安全管理：
细粒度访问控制的支持：XACML提供了统一的访问控制策略描述语言，策略表达能力强，可用来描述各种复杂的和细粒度的访问控制安全需求，更适合企业复杂业务功能的访问控制要求；
分布式环境的支持：XACML的标准性便于各子系统的协作交互，各子系统或企业业务部门可以分布管理访问控制权限，而MAC则通常需要对访问控制权限集中管理， 不太适合企业基于SOA集成后的分布式系统。

【问题3】
图5-1给出了基于XACML的授权决策中心的基本结构以及一次典型授权决策的执行过程，请分别将备选答案填入图中的（1)〜（4)。
备选答案：策略管理点（PAP)、策略执行点（PEP)、策略信息点（PIP)、策略决策点（PDP)

(1) 策略执行点（PEP)
(2) 策略决策点（PDP)
(3) 策略管理点（PAP)
(4) 策略信息点（PIP)

10

架构风格

【说明】
某公司欲针对Linux操作系统开发一个KWIC (KeyWord in Context)检索系统。该系统接收用户输入的査询关键字，依据字母顺序给出相关帮助文档并根据帮助内容进行循环滚动阅读。在对KWIC系统进行需求分析时，公司的业务专家发现用户后续还有可能采用其他方式展示帮助内容。根据目前需求，公司的技术人员决定通过重复剪切帮助文档中的第一个单词并将其插入到行尾的方式实现帮助文档内容的循环滚动，后续还将采用其他的方法实现这一功能。
在对KWIC系统的架构进行设计时，公司的架构师王工提出采用共享数据的主程序-子程序的架构风格，而李工则主张采用管道-过滤器的架构风格。在架构评估会议上， 大家从系统的算法变更、功能变更、数据表示变更和性能等方面对这两种方案进行评价， 最终采用了李工的方案。

【问题1】
在实际的软件项目开发中，采用恰当的架构风格是项目成功的保证。请用200字以内的文字说明什么是软件架构风格，并对主程序-子程序和管道-过滤器这两种架构风格的特点进行描述。

软件架构风格是描述特定软件系统组织方式的惯用模式。组织方式描述了系统的组成构件和这些构件的组织方式，惯用模式则反映众多系统共有的结构和语义。
主程序-子程序架构风格中，所有的计算构件作为子程序协作工作，并由一个主程序 顺序地调用这些子程序，构件通过共享存储区交换数据。
管道-过滤器架构风格中，每个构件都有一组输入和输出，构件接受数据输入，经过内部处理，然后产生数据输出。这里的构件称为过滤器，构件之间的连接件称为数据流传输的管道。

【问题2】
请完成表1-1中的空白部分（用+表示优、一表示差)，对王工和李工提出的架构风格进行评价，并指出采用李工方案的原因。

根据题干描述：“用户后续还有可能采用其他方式展示帮助内容”，因此KWIC系统对功能变更要求较高；
根据题干描述：“后续还将采用其他的方法实现这一功能”，因此KWIC系统对实现某一个功能的算法变更要求较高。
KWIC是一个支持用户交互的窗口界面程序，因此对性能要求并不高。
KWIC系统的显示帮助内容为文本，数据的表示基本不变，因此对数据表示变更要求不髙。
综合上述分析，可以看出应该采用李工提出的管道-过滤器架构风格。

【问题3】
图1-1是李工给出的架构设计示意图，请将恰当的功能描述填入图中的（1)〜（4)。

架构设计

【说明】
RMO是一家运动服装制造销售公司，计划在5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】
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。

(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班行管理，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】
在刘工建议的基础上，为了避免CRSS系统的单点故障，请用200字以内的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。

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】
RMO公司销售区域将在未来5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，可以釆用哪些方法提升系统的可扩展性。

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ft、内存容童、磁盘数量）和硬件升级（更换为高端主机或髙速磁盘等)。
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。

ESB

【说明】
TeleDev是一个大型的电信软件开发公司，公司内部采用多种商业/开源的工具进行软件系统设计与开发工作。为了提高系统开发效率，公司管理层决定开发一个分布式的系统设计与开发工具集成框架，将现有的系统设计与开发工具有效集成在一起。集成框架开发小组经过广泛调研，得到了如下核心需求。
(1) 目前使用的系统设计与开发工具的运行平台和开发语言差异较大，集成框架应无缝集成各个工具的功能；
(2) 目前使用的系统设计与开发工具所支持的通信协议和数据格式各不相同，集成框架应实现工具之间的灵活通信和数据格式转换：
(3) 集成框架需要根据实际的开发流程灵活、动态地定义系统工具之间的协作关系：
(4) 集成框架应能集成一些常用的第三方实用工具，如即时通信、邮件系统等。
集成框架开发小组经过分析与讨论，最终决定采用企业服务总线（ESB)作为集成框架的基础架构。

【问题1】
ESB是目前企业级应用集成常用的基础架构。请列举出ESB的4个主要功能，并从集成系统的部署方式、待集成系统之间的耦合程度、集成系统的可扩展性三个方面说明为何采用ESB作为集成框架的基础架构。

ESB 的主要功能包括：
(1) 应用程序的位置透明性
(2) 传输协议转换
(3) 消息格式转换
(4) 消息路由
(5) 消息增强
(6) 安全支持
(7) 监控和管理
采用ESB作为集成框架，能够实现灵活的部署结构，包括CS结构、P2P结构等。采用ESB作为集成框架，待集成系统只需要和总线进行联系，彼此之间不需要互相通信，这样就大大降低了系统的耦合程度。
采用ESB作为集成框架，在加入新的待集成系统时，只需要采用插件的方式实现传输协议和数据格式的适配即可，系统的可扩展性较强。

【问题2】
在ESB基础架构的基础上，请根据题干描述中的4个需求，说明每个需求应该采用何种具体的集成方式或架构风格最为合适。

对于需求（1)来说，由于需要共享系统的功能，并且系统的运行平台与语言差异较大，应该采用面向服务的方式进行功能集成，可以将工具的功能包装为服务，实现跨语言与跨平台访问。
对于需求（2)来说，工具所支持的通信协议和数据格式各不相同，并需要卖现工具之间的灵活通信协议和数据格式交换，因此应该基于消息总线，以协议及数据适配器的方式实现灵活的通信协议和数据格式转换。
对于需求（3)来说，集成框架需要根据实际的软件系统开发流程，灵活、动态地定义系统设计与开发工具之间的协作关系，因此应该引入工作流定义语言及其引擎来动态描述工具之间的协作关系。
对于需求（4)来说，应该采用界面集成的方法对第三方工具进行集成，绕过工具内部的复杂处理逻辑。

【问题3】
请指出在实现工具之间数据格式的灵活转换时，通常采用的设计模式是什么，并对实现过程进行简要描述。

在实现工具之间数据格式的灵活转换时，通常采用适配器设计模式。即应首先定义一个统一的数据转换接口类，然后针对不同的数据格式转换需求定义对应的实际转换类，实际转换类需要继承数据转换接口类，并实现接口转换类定义的接口。

架构风格

阅读以下信息系统可靠性的问题，在答题纸上回答问题1至问题3。
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。

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。

刘工建议，李工方案中Ml和M4模块没有釆用容错设计，但Ml和M4发生故障有可能导致严重后果。因此，可以在Ml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】
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。

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】
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。

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】
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。

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“査出故障-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。

09

试题一 质量属性

某软件开发公司欲为某电子商务企业开发一个在线交易平台，支持客户完成网上购物活动中的在线交易。在系统开发之初，企业对该平台提出了如下要求：
(1) 在线交易平台必须在Is内完成客户的交易请求。
(2) 该平台必须保证客户个人信息和交易信息的安全。
(3) 当发生故障时，该平台的平均故障恢复时间必须小于10s。
(4) 由于企业业务发展较快，需要经常为该平台添加新功能或进行硬件升级。添加新功能或进行硬件升级必须在6小时内完成。
针对这些要求，该软件开发公司决定采用基于架构的软件开发方法，以架构为核心进行在线交易平台的设计与实现。

【问题1】
软件质量属性是影响软件架构设计的重要因素。请用200字以内的文字列举六种不同的软件质量属性名称并解释其含义。

常见的软件质量属性有多种，例如性能（Performance)、可用性（Availability)、可 靠性（Reliability)、健壮性（Robustness)、安全性（Security)、可修改性（Modification)、可变性(Changeability)、易用性(Usability)、可测试性(Testability)、功能性(Functionality) 和互操作性（Inter-operation)等。
这些质量属性的具体含义是：
(1) 性能是指系统的响应能力，即要经过多长时间才能对某个事件做出响应，或者在某段时间内系统所能处理事件的个数。
(2) 可用性是系统能够正常运行的时间比例。
(3) 可靠性是指软件系统在应用或错误面前，在意外或错误使用的情况下维持软件系统功能特性的基本能力。
(4) 健壮性是指在处理或环境中，系统能够承受压力或变更的能力。
(5) 安全性是指系统向合法用户提供服务的同时能够阻止非授权用户使用的企图或拒绝服务的能力。
(6) 可修改性是指能够快速地以较高的性能价格比对系统进行变更的能力。
(7) 可变性是指体系结构经扩充或变更成为新体系结构的能力。
(8) 易用性是衡量用户使用一个软件产品完成指定任务的难易程度。
(9) 可测试性是指软件发现故障并隔离、定位其故障的能力特性，以及在一定的时间和成本前提下，进行测试设计、测试执行的能力。
(10) 功能性是系统所能完成所期望工作的能力。
(11) 互操作性是指系统与外界或系统与系统之间的相互作用能力。

【问题2】
请对该在线交易平台的4个要求进行分析，用300字以内的文字指出每个要求对应何种软件质量属性；并针对每种软件质量属性，各给出2种实现该质量属性的架构设计策略。

(1) 在线交易平台必须在Is内完成客户的交易请求。该要求主要对应性能，可以采用的架构设计策略有增加计算资源、改善资源需求（减少计算复杂度等)、资源管理（并发、数据复制等）和资源调度（先进先出队列、优先级队列等）。
(2) 该平台必须严格保证客户个人信息和交易信息的保密性和安全性。该要求主要对应安全性，可以采用的架构设计策略有抵御攻击（授权、认证和限制访问等)、攻击检测（入侵检测等)、从攻击中恢复（部分可用性策略）和信息审计等。
(3) 当发生故障时，该平台的平均故障恢复时间必须小于10s。该要求主要对应可用性，可以采用的架构设计策略有Ping/Edio、心跳、异常和主动冗余等。
(4) 由于企业业务发展较快，需要经常为该平台添加新功能或进行硬件升级。添加新功能或进行平台升级必须在6小时内完成。该要求主要对应可修改性，可以采用的架构设计策略有软件模块泛化、限制模块之间通信、使用中介和延迟绑定等。

试题二 数据流

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（SystemFlowcharts)，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，后者如下图所示。

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，并指出了上图所示数据流图中存在的错误。

【问题1】
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。

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建模阶段。

【问题2】
请分析指出上图所示的数据流图中存在的错误及其原因，并针对1层数据流图绘制出情报分类子系统的0层数据流图。

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：只有输出没有输入，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。
髙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细的信息，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进行考査。
(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，在设计模型时，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？

架构风格

某公司欲开发一个车辆定速巡航控制系统，以确保车辆在不断变化的地形中以固定的速度行驶。该系统的简化示意图如下图所示。各种系统输入的含义见下表。



公司的领域专家对需求进行深入分析后，将系统需求认定为：任何时刻，只要定速巡航控制系统处于工作状态，就要有确定的期望速度，并通过调整引擎油门的设定值来维持期望速度。
在对车辆定速巡航控制系统的架构进行设计时，公司的架构师王工提出采用面向对象的架构风格，而李工则主张采用控制环路的架构风格。在架构评估会议上，专家对这两种方案进行综合评价，最终采用了面向对象和控制环路相结合的混合架构风格。

【问题1】
在实际的软件项目开发中，采用成熟的架构风格是项目成功的保证。请用200字以内的文字说明：什么是软件架构风格；面向对象和控制环路两种架构风格各自的特点。

软件架构风格是描述某一类特定应用领域中软件系统组织方式和惯用方式。
面向对象架构风格的特征是将数据表示和基本操作封装在对象中。这种模式的构件是对象，对象维护自身表示的完整性，对象之间通过消息机制进行通信，对象交互时需要知道彼此的标识，通过对象之间的协作完成计算过程。
控制环路架构风格是将过程输出的指定属性维护在一个特定的参考值（设定点）。控制环路风格包括过程变量、被控变量’、输入变量、操纵变量和设定点等构件，通过收集实际和理想的过程状态信息，并能调整过程变量使得实际状态趋于理想状态。

【问题2】
用户需求没有明确给出该系统如何根据输入集合计算输出。请用300字以内的文字针对该系统的增减速功能，分别给出两种架构风格中的主要构件，并详细描述计算过程。

对于系统的增减速功能，来用面向对象风格的巡航控制系统首先会定义司机、油门、 时钟、速度计和车轮等构件a 整个计算的主要过程是：
(1) 司机进行增/减速操作设置期望速度，该期望速度以消息的形式传递给速度计；
(2) 速度计通过向车轮和时钟发送消息获取车轮转速和时钟值，得到当前速度；
(3) 速度计计算前速度和期望速度的速度差值；
(4) 该差值以消息的形式发送给油门，油门通过速度差值调节自身状态；
(5) 整个过程在时钟的控制下定期向速度计发送消息，重复执行（2)〜（4)。 控制环路的架构风格以控制器为核心，期望速度、车轮脉冲、时钟和油门等作为
构件。
具体的计算过程是：
(1) 司机进行增/减速操作设置期M速度值；
(2) 将设定值置为期望速度值；
(3) 控制器采集车轮脉冲和时钟值，计算出当前速度；
(4) 比较期望速度和当前速度，计算速度差值，控制油门动作；
(5) 反复执行(3)和（4)。

【问题3】
实际的软件系统架构通常是多种架构风格的混合，不同的架构风格都有其适合的应用场景。以该系统为例，针对面向对象架构风格和控制环路架构风格，各给出两个适合的应用场景，并简要说明理由。

适合面向对象架构风格的应用场景：
(1) 用户刹车，立即退出巡航控制系统。理由：这是一个典型的事件驱动的场景，适合于面向对象风格。
(2) 系统对突发事件的处理，如某些部件失灵等。理由：当发生突发事件时，系统会同时产生数据和事件，这种情况用对象建模较为恰当。
适合面向控制环路架构风格的应用场景：
(1) 在达到期望速度后，系统维持恒定速度行驶。理由：这是一个典型的闭环控制的情景，系统需要在外界情况不断发生变化的情况下进行调整，使得系统状态尽可能接近期望状态。
(2) 用户改变期望速度后，系统不断进行调整，直至到达恒定速度。理由：这是一个闭环控制情景，当用户设定期望速度值后，系统需要在不断获取当前速度和外界条件的情况下对系统状态持续调整，使得系统状态尽可能接近这个新的期望状态。

安全

某企业根据业务扩张的要求，需要将原有的业务系统扩展到互联网上，建立自己的B2C业务系统，此时系统的安全性成为一个非常重要的设计需求。为此，该企业向软件开发商提出如下要求：
(1) 合法用户可以安全地使用该系统完成业务；
(2) 灵活的用户权限管理；
(3) 保护系统数据的安全，不会发生信息泄漏和数据损坏；
(4) 防止来自于互联网上各种恶意攻击；
(5) 业务系统涉及到各种订单和资金的管理，需要防止授权侵犯；
(6) 业务系统直接面向最终用户，需要在系统中保留用户使用痕迹，以应对可能的商业诉讼。
该软件开发商接受任务后，成立方案设计小组，提出的设计方案是：在原有业务系统的基础上，保留了原业务系统中的认证和访问控制模块；为了防止来自互联网的威胁，增加了防火墙和入侵检测系统。
企业和软件开发商共同组成方案评审会，对该方案进行了评审，各位专家对该方案提出了多点不同意见。李工认为，原业务系统只针对企业内部员工，采用了用户名/密码方式是可以的，但扩展为基于互联网的B2C业务系统后，认证方式过于简单，很可能造成用户身份被盗取；王工认为，防止授权侵犯和保留用户痕迹的要求在方案中没有体现。而刘工则认为，即使是在原有业务系统上的扩展与改造，也必须全面考虑信息系统面临的各种威胁，设计完整的系统安全架构，而不是修修补补。
【问题1】
信息系统面临的安全威胁多种多样，来自多个方面。请指出信息系统面临哪些方面的安全威胁并分别予以简要描述。

信息系统面临的安全威胁来自于物理环境、通信链路、网络系统、操作系统、应用系统以及管理等多个方面。
物理安全威胁是指对系统所用设备的威胁，如自然灾害、电源故障、数据库故障和设备被盗等造成数据丢失或信息泄漏。
通信链路安全威胁是指在传输线路上安装窃听装置或对通信链路进行干扰。
网络安全威胁当前主要是指由于因特网的开放性、国际性与无安全管理性，对内部网络形成的严重安全威胁。
操作系统安全威胁指的是操作系统本身的后门或安全缺陷，如“木马”和“陷阱 门”等。
应用系统安全威胁是指对于网络服务或用户业务系统安全的威胁，包括应用系统自身漏洞，也受到“木马”的威胁。
管理系统安全威胁指的是人员管理和各种安全管理制度。

【问题2】
认证是安全系统中不可缺少的环节，请简要描述主要的认证方式，并说明该企业应采用哪种认证方式。

目前主要的认证方式有三类：
(1) 用户名和口令认证：主要是通过一个客户端与服务器知的口令（或与口令相关的数据）进行验证。根据处理形式的不同，分为验证数据的明文传送、利用单向散列函数处理验证数据、利用单向散列函数和随机数处理验证数据。
(2) 使用令牌认证：该方式中，进行验证的密钥存储于令牌中，目前的令牌包括安全证书和智能卡等方式。
(3)生物识别认证：主要是根据认证者的图像、指纹、气味和声音等作为认证数据。根据该企业的业务特征，采用令牌认证较为合适。

【问题3】
请解释授权侵犯的具体含义；针对王工的意见给出相应的解决方案，说明该解决方案的名称、内容和目标。

授权侵犯指的是被授权以某一目的使用某一系统或资源的某个人，将此权限用于其他非授权的目的，也称作“内部攻击”。
针对王工的建议，从系统安全架构设计的角度需要提供抗抵赖框架。
抗抵赖服务包括证据的生成、验证和记录，以及在解决纠纷时随即进行的证据恢复和再次验证。
框架中抗抵赖服务的目的是提供有关特定事件或行为的证据。例如，必须确认数据原发者和接收者的身份和数据完整性，在某些情况下，可能需要涉及上下文关系（如曰期、时间、原发者/接收者的地点等）的证据，等等。