(完整版)年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案(下半年)

1、( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 2009 年下半年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題試題：閱讀以下軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，在答題紙上回答問題1 和問題 2. 某軟件開發(fā)公司欲為某電子商務(wù)企業(yè)開發(fā)一個(gè)在線交易平臺(tái), 支持客戶完成網(wǎng)上購(gòu)物活動(dòng)中的在線交易。在系統(tǒng)開發(fā)之初, 企業(yè)對(duì)該平臺(tái)提出了如下要求：(1）在線交易平臺(tái)必須在1s 內(nèi)完成客戶的交易請(qǐng)求。(2）該平臺(tái)必須保證客戶個(gè)人信息和交易信息的安全。（3）當(dāng)發(fā)生故障時(shí) , 該平臺(tái)的平均故障恢復(fù)時(shí)間必須小于10s. (4 ）由于企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展較快，需要經(jīng)常為該平臺(tái)添加新功能或進(jìn)行硬件升級(jí). 添加新功能或進(jìn)行硬件升級(jí)必須在

2、6 小時(shí)內(nèi)完成。針對(duì)這些要求，該軟件開發(fā)公司決定采用基于架構(gòu)的軟件開發(fā)方法, 以架構(gòu)為核心進(jìn)行在線交易平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?！締栴} 1】（ 9 分）軟件質(zhì)量屬性是影響軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素。請(qǐng)用200 字以內(nèi)的文字列舉六種不同的軟件質(zhì)量屬性名稱，并解釋其含義。【問題 2】(16 分）請(qǐng)對(duì)該在線交易平臺(tái)的4 個(gè)要求進(jìn)行分析，用300字以內(nèi)的文字指出每個(gè)要求對(duì)應(yīng)何種軟件質(zhì)量屬性；并針對(duì)每種軟件質(zhì)量屬性，各給出2 種實(shí)現(xiàn)該質(zhì)量屬性的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略。1.試題答案：【問題 1】( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 常見的軟件質(zhì)量屬性有多種，例如性能（performance)

3、 、可用性 (availability）、可靠性（ reliability）、健壯性（ robustness) 、安全性（ security ）、可修改性（modification）、可變性（ changeability）、易用性（ usability）、可測(cè)試性（testability)、功能性（ functionality）和互操作性（ inter operation ）等。這些質(zhì)量屬性的具體含義是：（1）性能是指系統(tǒng)的響應(yīng)能力, 即要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能對(duì)某個(gè)事件做出響應(yīng)，或者在某段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所能處理事件的個(gè)數(shù). （2）可用性是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的時(shí)間比例。（3）可靠性是指軟件系統(tǒng)在應(yīng)用或錯(cuò)誤

4、面前，在意外或錯(cuò)誤使用的情況下維持軟件系統(tǒng)功能特性的基本能力. （4）健壯性是指在處理或環(huán)境中, 系統(tǒng)能夠承受壓力或變更的能力。（5）安全性是指系統(tǒng)向合法用戶提供服務(wù)的同時(shí)能夠阻止非授權(quán)用戶使用的企圖或拒絕服務(wù)的能力。（6）可修改性是指能夠快速地以較高的性能價(jià)格比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行變更的能力。(7) 可變性是指體系結(jié)構(gòu)經(jīng)擴(kuò)充或變更成為新體系結(jié)構(gòu)的能力。（8）易用性是衡量用戶使用一個(gè)軟件產(chǎn)品完成指定任務(wù)的難易程度. （9）可測(cè)試性是指軟件發(fā)現(xiàn)故障并隔離、定位其故障的能力特性，以及在一定的時(shí)間和成本前提下，進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行的能力。（10)功能性是系統(tǒng)所能完成所期望工作的能力。（11)互操作性是指系統(tǒng)

5、與外界或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互作用能力?！締栴} 2】（1）在線交易平臺(tái)必須在1s 內(nèi)完成客戶的交易請(qǐng)求。該要求主要對(duì)應(yīng)性能，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有增加計(jì)算資源、改善資源需求( 減少計(jì)算復(fù)雜度等）、資源( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 管理（并發(fā)、數(shù)據(jù)復(fù)制等)和資源調(diào)度（先進(jìn)先出隊(duì)列、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等）。（2）該平臺(tái)必須嚴(yán)格保證客戶個(gè)人信息和交易信息的保密性和安全性. 該要求主要對(duì)應(yīng)安全性，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有抵御攻擊（授權(quán)、認(rèn)證和限制訪問等）、攻擊檢測(cè)（入侵檢測(cè)等）、從攻擊中恢復(fù)（部分可用性策略）和信息審計(jì)等。（3）當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，該平臺(tái)的平均故障恢復(fù)時(shí)間

6、必須小于l0s 。該要求主要對(duì)應(yīng)可用性，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有ping/echo 、心跳、異常和主動(dòng)冗余等. （4) 由于企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展較快，需要經(jīng)常為該平臺(tái)添加新功能或進(jìn)行硬件升級(jí). 添加新功能或進(jìn)行平臺(tái)升級(jí)必須在6 小時(shí)內(nèi)完成 . 該要求主要對(duì)應(yīng)可修改性，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有軟件模塊泛化、限制模塊之間通信、使用中介和延遲綁定等.試題分析：本題考查考生對(duì)于質(zhì)量屬性及質(zhì)量屬性實(shí)現(xiàn)策略的掌握情況. 【問題 1】常見的軟件質(zhì)量屬性有多種，例如性能（performance ）、可用性（availability）、可靠性（ reliability)、健壯性（ robustness ）、安全性（ s

7、ecurity)、可修改性(modification）、可變性（ changeability）、易用性（ usability）、可測(cè)試性(testability）、功能性（ functionality)和互操作性（ inter-operation）等。這些質(zhì)量屬性的具體含義是：（1）性能是指系統(tǒng)的響應(yīng)能力, 即要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能對(duì)某個(gè)事件做出響應(yīng)，或者在某段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所能處理事件的個(gè)數(shù)。（2）可用性是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的時(shí)間比例. (3 ）可靠性是指軟件系統(tǒng)在應(yīng)用或錯(cuò)誤面前, 在意外或錯(cuò)誤使用的情況下維持軟件系統(tǒng)功能特性的基本能力。(4）健壯性是指在處理或環(huán)境中，系統(tǒng)能夠承受壓力或變更的能力。（

8、5）安全性是指系統(tǒng)向合法用戶提供服務(wù)的同時(shí)能夠阻止非授權(quán)用戶使用的企圖( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 或拒絕服務(wù)的能力。（6）可修改性是指能夠快速地以較高的性能價(jià)格比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行變更的能力。（7）可變性是指體系結(jié)構(gòu)經(jīng)擴(kuò)充或變更成為新體系結(jié)構(gòu)的能力。（8）易用性是衡量用戶使用一個(gè)軟件產(chǎn)品完成指定任務(wù)的難易程度。（9）可測(cè)試性是指軟件發(fā)現(xiàn)故障并隔離、定位其故障的能力特性，以及在一定的時(shí)間和成本前提下，進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行的能力。（10）功能性是系統(tǒng)所能完成所期望工作的能力。（11)互操作性是指系統(tǒng)與外界或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互作用能力。【問題 2】本題主要結(jié)

9、合實(shí)際案例, 考查實(shí)現(xiàn)各種質(zhì)量屬性的策略. （1）在線交易平臺(tái)必須在1s 內(nèi)完成客戶的交易請(qǐng)求。該要求主要對(duì)應(yīng)性能，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有增加計(jì)算資源、改善資源需求（減少計(jì)算復(fù)雜度等)、資源管理（并發(fā)、數(shù)據(jù)復(fù)制等)和資源調(diào)度（先進(jìn)先出隊(duì)列、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等）. （2) 該平臺(tái)必須嚴(yán)格保證客戶個(gè)人信息和交易信息的保密性和安全性。該要求主要對(duì)應(yīng)安全性 , 可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有抵御攻擊（授權(quán)、認(rèn)證和限制訪問等）、攻擊檢測(cè)（入侵檢測(cè)等）、從攻擊中恢復(fù)（部分可用性策略）和信息審計(jì)等。（3) 當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，該平臺(tái)的平均故障恢復(fù)時(shí)間必須小于l0s 。該要求主要對(duì)應(yīng)可用性，可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有ping/

10、echo 、心跳、異常和主動(dòng)冗余等。（4）由于企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展較快，需要經(jīng)常為該平臺(tái)添加新功能或進(jìn)行硬件升級(jí)。添加新功能或進(jìn)行平臺(tái)升級(jí)必須在6 小時(shí)內(nèi)完成。該要求主要對(duì)應(yīng)可修改性, 可以采用的架構(gòu)設(shè)計(jì)策略有軟件模塊泛化、限制模塊之間通信、使用中介和延遲綁定等.試題 2閱讀以下關(guān)于結(jié)構(gòu)化軟件系統(tǒng)建模的敘述，在答題紙上回答問題1 至問題 3。( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 某公司擬開發(fā)一個(gè)商業(yè)情報(bào)處理系統(tǒng), 使公司能夠及時(shí)針對(duì)市場(chǎng)環(huán)境的變化及時(shí)調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，以獲取最大的商業(yè)利益。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)討論, 決定采用結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)方法。在系統(tǒng)分析階段，為了更好地對(duì)情報(bào)數(shù)

11、據(jù)處理流程及其與外部角色的關(guān)聯(lián)進(jìn)行建模，項(xiàng)目組成員分別給出了自己的設(shè)計(jì)思路：(1) 小張?zhí)岢鱿葮?gòu)建系統(tǒng)流程圖（system flowcharts ），以便更精確地反映系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理過(guò)程及數(shù)據(jù)的輸入和輸出；(2 ）小李提出先構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（data flow diagrams)，來(lái)展現(xiàn)系統(tǒng)的處理過(guò)程和定義業(yè)務(wù)功能邊界，并給出了情報(bào)分類子系統(tǒng)的0 層和 1 層數(shù)據(jù)流圖，后者如圖 21 所示。項(xiàng)目組經(jīng)討論確定以數(shù)據(jù)流圖作為本階段的建模手段。工程師老王詳細(xì)說(shuō)明了流程圖和數(shù)據(jù)流圖之間的區(qū)別與聯(lián)系, 并指出了圖21 的數(shù)據(jù)流圖中存在的錯(cuò)誤.【問題 1】（11 分) 流程圖和數(shù)據(jù)流圖是軟件系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)中常

12、用的兩種手段, 請(qǐng)用 300 字以內(nèi)文字簡(jiǎn)要說(shuō)明流程圖與數(shù)據(jù)流圖的含義及其區(qū)別，并說(shuō)明項(xiàng)目組為何確定采用數(shù)據(jù)流圖作( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 為建模手段 . 【問題 2】（ 8 分）請(qǐng)分析指出圖2-1 所示的數(shù)據(jù)流圖中存在的錯(cuò)誤及其原因，并針對(duì)圖2-1 的 1 層數(shù)據(jù)流圖繪制出情報(bào)分類子系統(tǒng)的0 層數(shù)據(jù)流圖 . 【問題 3】（ 6 分）高質(zhì)量的數(shù)據(jù)流圖是可讀的、內(nèi)部一致的并能夠準(zhǔn)確表示系統(tǒng)需求。請(qǐng)用300 字以內(nèi)文字說(shuō)明在設(shè)計(jì)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)流圖時(shí)應(yīng)考慮的三個(gè)原則。2.試題答案 :【問題 1】數(shù)據(jù)流圖作為一種圖形化工具，用來(lái)說(shuō)明業(yè)務(wù)處理過(guò)程、系統(tǒng)邊界內(nèi)

13、所包含的功能和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。流程圖以圖形化的方式展示應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)輸入開始到獲得輸出為止的邏輯過(guò)程，描述處理過(guò)程的控制流。兩者的區(qū)別主要包括：（1）數(shù)據(jù)流圖中的處理過(guò)程可并行；流程圖在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能處于一個(gè)處理過(guò)程. （2) 數(shù)據(jù)流圖展現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流; 流程圖展現(xiàn)系統(tǒng)的控制流. （3）數(shù)據(jù)流圖展現(xiàn)全局的處理過(guò)程, 過(guò)程之間遵循不同的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn); 流程圖中處理過(guò)程遵循一致的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。（4）數(shù)據(jù)流圖適用于系統(tǒng)分析中的邏輯建模階段；流程圖適用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理模階段。【問題 2】如圖所示的數(shù)據(jù)流圖中存在的錯(cuò)誤有以下4 種：（1) “分類訓(xùn)練”加工：只有輸入沒有輸出, 產(chǎn)生數(shù)據(jù)黑洞；( 完整版 )20

14、09 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) (2）“分類處理”加工：有輸出沒有輸入，無(wú)中生有；（3) “規(guī)則文件 數(shù)據(jù)流：外部實(shí)體沒有經(jīng)過(guò)加工處理，直接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ); （4) “配置信息 數(shù)據(jù)流 : 外部實(shí)體之間沒有加工處理，存在直接數(shù)據(jù)流?！締栴} 3】高質(zhì)量數(shù)據(jù)流圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的三個(gè)原則：（1）復(fù)雜性最小化原則。 dfd分層結(jié)構(gòu)就是把信息劃分為小的且相對(duì)獨(dú)立的一大批子集例子 , 這樣就可以單獨(dú)考查每一個(gè)dfd 。如果要了解某個(gè)過(guò)程更加詳?shù)男畔?，可以跳轉(zhuǎn)到該過(guò)程的下一層；如果要知道一個(gè)dfd如何與其他 dfd相關(guān)聯(lián)，可以跳轉(zhuǎn)到上一層的 dfd進(jìn)行考查。（2) 接口最小化原則 . 接口

15、最小化是復(fù)雜性最小化的一種具體規(guī)則。在設(shè)計(jì)模式時(shí)，應(yīng)使得模型中各個(gè)元素之間的接口數(shù)或連接數(shù)最小化。（3）數(shù)據(jù)流一致性原則。一個(gè)過(guò)程和它的過(guò)程分解在數(shù)據(jù)流內(nèi)容中是否有差別?是否存在有數(shù)據(jù)流出但沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)流入的加工？是否存在有數(shù)據(jù)流入但沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)流出的加工？試題分析：本題考查考生對(duì)于結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)建模方法的掌握情況. 【問題 1】( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 數(shù)據(jù)流圖和流程圖是結(jié)構(gòu)化建模中使用的重要工具, 能夠幫助開發(fā)人員更好地分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)開發(fā)人員之間交流的準(zhǔn)確性和有效性。數(shù)據(jù)流圖作為一種圖形化工具，用來(lái)說(shuō)明業(yè)務(wù)處理過(guò)程、系統(tǒng)邊界內(nèi)所包含

16、的功能和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流，適用于系統(tǒng)分析中的邏輯建模階段. 流程圖以圖形化的方式展示應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)輸入開始到獲得輸出為止的邏輯過(guò)程, 描述處理過(guò)程的控制流, 往往涉及到具體的技術(shù)和環(huán)境，適用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理建模階段。本題項(xiàng)目組為了更好地對(duì)情報(bào)數(shù)據(jù)處理流程及其與外部角色的關(guān)聯(lián)進(jìn)行建模，符合數(shù)據(jù)流圖的應(yīng)用場(chǎng)景要求，因此，首先構(gòu)建數(shù)據(jù)流圖以反映數(shù)據(jù)流向和系統(tǒng)邊界。數(shù)據(jù)流圖和流程圖是為了達(dá)到不同的目的而產(chǎn)生的，其所采用的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)集合也不相同。在實(shí)際應(yīng)用中，區(qū)別主要包括是否可以描述處理過(guò)程的并發(fā)性；描述內(nèi)容是數(shù)據(jù)流還是控制流等幾個(gè)方面?！締栴} 2】數(shù)據(jù)流圖中常見的錯(cuò)誤分為兩種類型：一類是語(yǔ)法錯(cuò)誤，包括外

17、部實(shí)體之間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之間或外部實(shí)體與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之間不經(jīng)過(guò)加工而存在直接數(shù)據(jù)流；另一類是邏輯錯(cuò)誤，包括數(shù)據(jù)黑洞（只有輸入沒有產(chǎn)生輸出）、灰洞（輸入不足以產(chǎn)生輸出）和無(wú)輸入 . “分類訓(xùn)練 加工屬于數(shù)據(jù)黑洞錯(cuò)誤; “分類處理”加工屬于無(wú)輸入錯(cuò)誤； “規(guī)則文件”和“配置信息數(shù)據(jù)流屬于語(yǔ)法錯(cuò)誤。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，一般采用分層數(shù)據(jù)流圖逐步細(xì)化系統(tǒng)的內(nèi)部處理邏輯。0 層數(shù)據(jù)流圖是 1 層數(shù)據(jù)流圖更高級(jí)別的抽象?！胺诸愑?xùn)練”和“分類處理”加工屬于內(nèi)部加工，“分類規(guī)則”數(shù)據(jù)流屬于內(nèi)部數(shù)據(jù)流, 抽象為“情報(bào)分類子系統(tǒng)”加工. 其中，“樣本數(shù)據(jù)”、“規(guī)則文件”和“配置信息為輸入數(shù)據(jù)流；“分類結(jié)果”為輸出數(shù)據(jù)流。( 完整

18、版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 【問題 3】高質(zhì)量的數(shù)據(jù)流圖首先要求滿足數(shù)據(jù)流一致性要求，即數(shù)據(jù)流的輸入輸出應(yīng)該匹配，輸入數(shù)據(jù)的信息量足以產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù), 所有的輸出數(shù)據(jù)都能夠從輸入數(shù)據(jù)中找到數(shù)據(jù)的來(lái)源。對(duì)于復(fù)雜性系統(tǒng)，可以采用dfd分層結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)的復(fù)雜性逐步分解降低，以提高數(shù)據(jù)流圖的有效性。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)流圖應(yīng)該簡(jiǎn)化復(fù)雜的接口, 最小化接口或連接的數(shù)目。所屬試卷 :試題 3試題:閱讀以下關(guān)于嵌入式軟件體系架構(gòu)的敘述，在答題紙上回答問題1 至問題 3。某公司承擔(dān)了一項(xiàng)宇航嵌入式設(shè)備的研制任務(wù). 本項(xiàng)目除對(duì)硬件設(shè)備環(huán)境有很高的要求外 , 還要求支持以下功能: (1）

19、設(shè)備由多個(gè)處理機(jī)模塊組成，需要時(shí)外場(chǎng)可快速更換(即 lrm 結(jié)構(gòu)）；（2）應(yīng)用軟件應(yīng)與硬件無(wú)關(guān), 便于軟硬件的升級(jí)；（3）由于宇航嵌入式設(shè)備中要支持不同功能，系統(tǒng)應(yīng)支持完成不同功能任務(wù)間的數(shù)據(jù)隔離；(4）宇航設(shè)備可靠性要求高，系統(tǒng)要有故障處理能力. 公司在接到此項(xiàng)任務(wù)后, 進(jìn)行了反復(fù)論證，提出三層棧（tls)軟件總體架構(gòu)，如圖3-1 所示，并將軟件設(shè)計(jì)工作交給了李工，要求其在三周內(nèi)完成軟件總體設(shè)計(jì)工作,給出總體設(shè)計(jì)方案 . ( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 圖 31 宇航嵌入式設(shè)備軟件架構(gòu)【問題 1】(8 分)用 150 字以內(nèi)的文字 , 說(shuō)明公司制定的

20、tls軟件架構(gòu)的層次特點(diǎn), 并針對(duì)上述功能需求（ 1）（ 4），說(shuō)明架構(gòu)中各層內(nèi)涵?！締栴} 2】（10 分）在 tls軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，關(guān)于選擇哪種類型的嵌入式操作系統(tǒng)問題，李工與總工程師發(fā)生了嚴(yán)重分歧。李工認(rèn)為，宇航系統(tǒng)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的處理時(shí)間越快越好，隔離意味著以時(shí)間作代價(jià)，沒有必要，建議選擇類似于vxworks5.5的操作系統(tǒng)；總工程師認(rèn)為, 應(yīng)用軟件間隔離是宇航系統(tǒng)安全性要求，宇航系統(tǒng)在選擇操作系統(tǒng)時(shí)必須考慮這一點(diǎn), 建議選擇類似于linux 的操作系統(tǒng) .請(qǐng)說(shuō)明兩種操作系統(tǒng)的主要差異, 完成表 3-1 中的空白部分，并針對(duì)本任務(wù)要求，用 200字以內(nèi)的文字說(shuō)明你選擇操作系統(tǒng)的類

21、型和理由。表 31 兩種操作系統(tǒng)的主要差異( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 【問題 3】（ 7 分）故障處理是宇航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中極為重要的組成部分。故障處理主要包括故障監(jiān)視、故障定位、故障隔離和系統(tǒng)容錯(cuò)（重組）。用150 字以內(nèi)的文字說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)中故障主要分哪幾類？并分別給出兩種常用的故障濾波算法和容錯(cuò)算法。3.試題答案：【問題 1】tls結(jié)構(gòu)框架的主要特點(diǎn):（1）應(yīng)用軟件僅與操作系統(tǒng)服務(wù)相關(guān), 不直接操作硬件。（2）操作系統(tǒng)通過(guò)模塊支持原軟件訪問硬件，可與具體硬件無(wú)關(guān)。(3) 模塊支持層將硬件抽象成標(biāo)準(zhǔn)操作。（4）通過(guò)三層棧的劃分可實(shí)現(xiàn)硬件的快速更改

22、與升級(jí)，應(yīng)用軟件的升級(jí)不會(huì)引起硬件的變更。tls結(jié)構(gòu)框架的各層內(nèi)涵是：（1) 應(yīng)用層主要完成宇航設(shè)備的具體工作，由多個(gè)功能任務(wù)組成, 各功能任務(wù)間的隔離由操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)。（2) 操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與硬件的隔離, 為應(yīng)用軟件提供更加豐富的計(jì)算機(jī)資源服務(wù)。操作系統(tǒng)為應(yīng)用軟件提供標(biāo)準(zhǔn)的api 接口（如 posix ），確保了應(yīng)用軟件的可升級(jí)性。（3）模塊支持層為操作系統(tǒng)管理硬件資源提供統(tǒng)一管理方法，用一種抽象的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的無(wú)關(guān)性，達(dá)到硬件的升級(jí)要求，便于硬件的外場(chǎng)快速更換?！締栴} 2】?jī)煞N操作系統(tǒng)的差異見下表。( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 )

23、選擇類似于 linux 的嵌入式操作系統(tǒng)。理由如下：（1）linux 操作系統(tǒng)是一種安全性較強(qiáng)的操作系統(tǒng)。內(nèi)核工作在系統(tǒng)態(tài)，應(yīng)用軟件工作在用戶態(tài)，可以有效防止應(yīng)用軟件對(duì)操作系統(tǒng)的破壞.(2）linux 操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位是線程，線程歸屬于進(jìn)程，進(jìn)程具有自己獨(dú)立的資源。進(jìn)程通過(guò)存儲(chǔ)器管理部件（mmu) 實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用間隔離。（3) 嵌入式 linux 操作系統(tǒng)支持硬件抽象，可有效實(shí)現(xiàn)tls結(jié)構(gòu)，并將硬件抽象與操作系統(tǒng)分離，可方便實(shí)現(xiàn)硬件的外場(chǎng)快速更換?！締栴} 3】(1）嵌入式系統(tǒng)中故障主要分為： 硬件故障 : 如 cpu 、存儲(chǔ)器和定時(shí)器等； 應(yīng)用軟件故障：如數(shù)值越界、異常和超時(shí)等； 操作系

24、統(tǒng)故障：如越權(quán)訪問、死鎖和資源枯竭等。（2）濾波算法： 門限算法 遞減算法 遞增算法 周期濾波算法（3）容錯(cuò)算法 : n+1 備份( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 冷備 溫備 熱備試題分析：本題考查嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，主要包括嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計(jì)，提高宇航設(shè)備可靠性的設(shè)計(jì)方法和掌握根據(jù)用戶需求開展軟件需求分析的手段. 此類題目要求考生認(rèn)真閱讀題目對(duì)用戶需求的描述，在分析、論證和概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上, 根據(jù)實(shí)例要求完善問題的解析. 本題重點(diǎn)考查考生歸納問題、分析問題和解決問題的能力。本題首先給出用戶針對(duì)宇航設(shè)備的4 項(xiàng)功能要求：(1）設(shè)備由多個(gè)處理機(jī)

25、模塊組成, 需要時(shí)外場(chǎng)可快速更換( 即 lrm 結(jié)構(gòu)）；（2) 應(yīng)用軟件應(yīng)與硬件無(wú)關(guān)，便于軟硬件的升級(jí)；(3) 由于宇航嵌入式設(shè)備中要支持不同功能，系統(tǒng)應(yīng)支持完成不同功能任務(wù)間的數(shù)據(jù)隔離；(4）宇航設(shè)備可靠性要求高，系統(tǒng)要有故障處理能力. 從 4 項(xiàng)要求分析看，第一項(xiàng)要求是考查考生的基礎(chǔ)硬件知識(shí), 宇航設(shè)備應(yīng)該由多個(gè)硬件模塊組成，各個(gè)模塊承擔(dān)著不同功能，外場(chǎng)可快速更換是指在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)（如機(jī)場(chǎng)、發(fā)射基地）能夠用備份模塊替換掉故障硬件模塊，從而節(jié)省維修時(shí)間。此項(xiàng)要求是本題設(shè)計(jì)軟件體系總體架構(gòu)的基礎(chǔ)，也是采用三層棧（tls）的首要點(diǎn)。第二項(xiàng)要求是考查考生從軟硬件升級(jí)方面理解三層棧（tls)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，

26、因?yàn)橛布奖闵?jí)的基礎(chǔ)是不會(huì)引起軟件的更改（或極少更改），要想達(dá)到應(yīng)用軟件與硬件的無(wú)關(guān)性，必須采用操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件隔離。第三項(xiàng)要求是考查考生根據(jù)用戶軟件的技術(shù)要求，如何考慮操作系統(tǒng)的分析方法。要支持任務(wù)間的數(shù)據(jù)隔離, 具有進(jìn)程管理的操作系統(tǒng)最為合適，這里考查了考生必須深入了解什么是操作系統(tǒng)的進(jìn)程概( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 念。第四項(xiàng)要求是考查考生掌握設(shè)計(jì)高可靠性設(shè)備通常采用的技術(shù)。如果考生理解了上述4 個(gè)用戶要求 , 就能容易地回答本題的三個(gè)問題?！締栴} 1】本題給出的 tls結(jié)構(gòu)框架主要通過(guò)硬件抽象, 形成模塊支持層軟件，將操作系統(tǒng)對(duì)硬件資源

27、的管理抽象成對(duì)一種邏輯上相關(guān)的抽象資源的管理，這樣就將操作系統(tǒng)軟件與硬件進(jìn)行了分離. 而應(yīng)用軟件訪問硬件資源靠操作系統(tǒng)提供的服務(wù)進(jìn)行，這樣，應(yīng)用軟件僅僅和具體功能實(shí)現(xiàn)有關(guān)，而不需關(guān)心硬件配置。因此，tls結(jié)構(gòu)框架的主要特點(diǎn)可概述為以下4 點(diǎn)：（1）應(yīng)用軟件僅與操作系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)，不直接操作硬件. （2) 操作系統(tǒng)通過(guò)模塊支持原軟件訪問硬件，可與具體硬件無(wú)關(guān)。（3）模塊支持層將硬件抽象成標(biāo)準(zhǔn)操作。（4) 通過(guò)三層棧的劃分可實(shí)現(xiàn)硬件的快速更改與升級(jí)，應(yīng)用軟件的升級(jí)不會(huì)引起硬件的變更。基于這種思想， tls結(jié)構(gòu)框架實(shí)現(xiàn)了宇航設(shè)備中軟件功能服務(wù)，這樣考生就可以完整地?cái)⑹龈鲗榆浖脑O(shè)計(jì)內(nèi)涵，即: （1）應(yīng)

28、用層主要完成宇航設(shè)備的具體工作，由多個(gè)功能任務(wù)組成, 各功能任務(wù)間的隔離由操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn). （2）操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與硬件的隔離，為應(yīng)用軟件提供更加豐富的計(jì)算機(jī)資源服務(wù)。操作系統(tǒng)為應(yīng)用軟件提供標(biāo)準(zhǔn)的api 接口（如 posix)，確保了應(yīng)用軟件的可升級(jí)性 . (3）模塊支持層為操作系統(tǒng)管理硬件資源提供統(tǒng)一管理方法，用一種抽象的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的無(wú)關(guān)性, 達(dá)到硬件的升級(jí)要求, 便于硬件的外場(chǎng)快速更換. 【問題 2】選擇操作系統(tǒng)的依據(jù)是本題第三項(xiàng)的用戶要求, 主要考查考生對(duì)目前常用的嵌入式( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 操作系統(tǒng)的了解程度。第一小

29、問的表格給出的vxworks和 linux 兩個(gè)操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)常用的軟件， 兩個(gè)軟件在資源管理上存在本質(zhì)區(qū)別，考生必須明確差異后，方能回答第二小問。兩種操作系統(tǒng)的差異如下表所示。通過(guò)比較 , 顯然選用類似于linux 的嵌入式操作系統(tǒng)適用本題要求。理由包括三點(diǎn): （1）linux 操作系統(tǒng)是一種安全性較強(qiáng)的操作系統(tǒng)。內(nèi)核工作在系統(tǒng)態(tài)，應(yīng)用軟件工作在用戶態(tài)（這點(diǎn)是系統(tǒng)安全性要求），可以有效防止應(yīng)用軟件對(duì)操作系統(tǒng)的破壞。（2）linux 操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位是線程，線程歸屬于進(jìn)程，進(jìn)程具有自己獨(dú)立的資源。進(jìn)程通過(guò)存儲(chǔ)器管理部件（mmu ）實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用間隔離. （3）嵌入式 linux 操

30、作系統(tǒng)支持硬件抽象，可有效實(shí)現(xiàn)tls結(jié)構(gòu), 并將硬件抽象與操作系統(tǒng)分離，可方便實(shí)現(xiàn)硬件的外場(chǎng)快速更換?！締栴} 3】作為宇航系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備，硬軟件故障是宇航系統(tǒng)最為關(guān)注的內(nèi)容，根據(jù)宇航系統(tǒng)的特點(diǎn)和系統(tǒng)組成，故障一般分為三類，即硬件故障、應(yīng)用軟件故障和操作系統(tǒng)故障，在設(shè)計(jì)中 , 應(yīng)考慮這三類故障的處理方法。硬件故障一般包括cpu 運(yùn)算錯(cuò)誤、存儲(chǔ)器訪問越界錯(cuò)誤、mmu 配置錯(cuò)誤、定時(shí)器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤和內(nèi)總線錯(cuò)誤等；應(yīng)用軟件故障一般包括計(jì)算越界、除0、溢出和超時(shí)等各種異常情況；操作系統(tǒng)故障一般包括越權(quán)訪問、死鎖、資源枯竭、調(diào)度超時(shí)、配置越界和操作系統(tǒng)異常等。一般情況下，宇航系統(tǒng)的故障分為瞬態(tài)故障和永久故障

31、，瞬態(tài)故障是指偶然發(fā)生的錯(cuò)誤，而永久故障是指發(fā)生后不可消失的錯(cuò)誤。在容錯(cuò)系統(tǒng)中, 故障一般是由瞬態(tài)( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 故障向永久故障轉(zhuǎn)變，將鑒別瞬態(tài)故障和永久故障的算法稱為濾波算法。在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，常用的濾波算法包括門限算法、遞減算法、遞增算法和周期濾波算法等。故障的鑒別目的是實(shí)現(xiàn)宇航系統(tǒng)的容錯(cuò)與重構(gòu)。常用的容錯(cuò)算法是n+1備份、冷備、溫備和熱備 .n+1 備份是指 n個(gè)通用模塊之一的任何一個(gè)模塊發(fā)生故障后, 將故障模塊的任務(wù)遷移到備份模塊運(yùn)行；冷備、溫備和熱備是三種備份方式，可根據(jù)宇航系統(tǒng)的總體備份時(shí)間或重要程度安排不同的備份算法.試

32、題 4閱讀以下軟件系統(tǒng)架構(gòu)選擇的問題，在答題紙上回答問題1 至問題 3。某公司欲開發(fā)一個(gè)車輛定速巡航控制系統(tǒng)，以確保車輛在不斷變化的地形中以固定的速度行駛。圖41 給出了該系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。表4-1 描述了各種系統(tǒng)輸入的含義.圖 4-1 定速巡航控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖表 41 定速巡航控制系統(tǒng)輸入說(shuō)明( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 公司的領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)需求進(jìn)行深入分析后，將系統(tǒng)需求認(rèn)定為: 任何時(shí)刻，只要定速巡航控制系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，就要有確定的期望速度，并通過(guò)調(diào)整引擎油門的設(shè)定值來(lái)維持期望速度。在對(duì)車輛定速巡航控制系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，公司的架構(gòu)師王工提出

33、采用面向?qū)ο蟮募軜?gòu)風(fēng)格，而李工則主張采用控制環(huán)路的架構(gòu)風(fēng)格。在架構(gòu)評(píng)估會(huì)議上，專家對(duì)這兩種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終采用了面向?qū)ο蠛涂刂骗h(huán)路相結(jié)合的混合架構(gòu)風(fēng)格.【問題 1】（5 分）在實(shí)際的軟件項(xiàng)目開發(fā)中, 采用成熟的架構(gòu)風(fēng)格是項(xiàng)目成功的保證. 請(qǐng)用 200字以內(nèi)的文字說(shuō)明 : 什么是軟件架構(gòu)風(fēng)格; 面向?qū)ο蠛涂刂骗h(huán)路兩種架構(gòu)風(fēng)格各自的特點(diǎn)。( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) 【問題 2】(12 分）用戶需求沒有明確給出該系統(tǒng)如何根據(jù)輸入集合計(jì)算輸出。請(qǐng)用300 字以內(nèi)的文字針對(duì)該系統(tǒng)的增減速功能，分別給出兩種架構(gòu)風(fēng)格中的主要構(gòu)件，并詳細(xì)描述計(jì)算過(guò)程。【問題

34、 3】（8 分)實(shí)際的軟件系統(tǒng)架構(gòu)通常是多種架構(gòu)風(fēng)格的混合，不同的架構(gòu)風(fēng)格都有其適合的應(yīng)用場(chǎng)景。以該系統(tǒng)為例，針對(duì)面向?qū)ο蠹軜?gòu)風(fēng)格和控制環(huán)路架構(gòu)風(fēng)格，各給出兩個(gè)適合的應(yīng)用場(chǎng)景，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由.試題答案：【問題 1】軟件架構(gòu)風(fēng)格是描述某一類特定應(yīng)用領(lǐng)域中軟件系統(tǒng)組織方式和慣用方式. 面向?qū)ο蠹軜?gòu)風(fēng)格的特征是將數(shù)據(jù)表示和基本操作封裝在對(duì)象中. 這種模式的構(gòu)件是對(duì)象 , 對(duì)象維護(hù)自身表示的完整性, 對(duì)象之間通過(guò)消息機(jī)制進(jìn)行通信，對(duì)象交互時(shí)需要知道彼此的標(biāo)識(shí)，通過(guò)對(duì)象之間的協(xié)作完成計(jì)算過(guò)程?？刂骗h(huán)路架構(gòu)風(fēng)格是將過(guò)程輸出的指定屬性維護(hù)在一個(gè)特定的參考值（設(shè)定點(diǎn)）。控制環(huán)路風(fēng)格包括過(guò)程變量、被控變量、輸入

35、變量、操縱變量和設(shè)定點(diǎn)等構(gòu)件, 通過(guò)收集實(shí)際和理想的過(guò)程狀態(tài)信息, 并能調(diào)整過(guò)程變量使得實(shí)際狀態(tài)趨于理想狀態(tài)?！締栴} 2】對(duì)于系統(tǒng)的增減速功能， 采用面向?qū)ο箫L(fēng)格的巡航控制系統(tǒng)首先會(huì)定義司機(jī)、油門、時(shí)鐘、速度計(jì)和車輪等構(gòu)件。整個(gè)計(jì)算的主要過(guò)程是: （1）司機(jī)進(jìn)行增減速操作設(shè)置期望速度, 該期望速度以消息的形式傳遞給速度計(jì)；( 完整版 )2009 年系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師考試下午真題與答案( 下半年 ) （2）速度計(jì)通過(guò)向車輪和時(shí)鐘發(fā)送消息獲取車輪轉(zhuǎn)速和時(shí)鐘值，得到當(dāng)前速度; （3) 速度計(jì)計(jì)算當(dāng)前速度和期望速度的速度差值; （4）該差值以消息的形式發(fā)送給油門，油門通過(guò)速度差值調(diào)節(jié)自身狀態(tài)；(5）整個(gè)過(guò)程在時(shí)鐘的控制下定期向速度計(jì)發(fā)送消息, 重復(fù)執(zhí)行（ 2）（4) ?？刂骗h(huán)路的架構(gòu)風(fēng)格以控制器為核心，期望速度、車輪脈沖、時(shí)鐘和油門等