试题一 软件系统架构选择

【问题1】（7分）
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。
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】（12分）
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。

【问题3】（6分）
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）。

试题二 软件系统数据架构建模

【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。

(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】（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】（4分）
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。

试题三 汽车电子基础软件架构

【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。

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。

试题四 系统设计与开发工具集成

【问题1】（8分）
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】（12分）
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

【问题3】（5分）
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。

试题五 信息系统可靠性

【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。

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】（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。

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】（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。

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。