系统架构设计师下午(Ⅰ)模拟2.pdf

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1、1 模拟 系统架构设计师下午()模拟 2 案例分析题试题一阅读以下系统架构文档化的叙述，根据要求回答问题。说明 软件架构(software Architecture)用来处理软件高层次结构的设计和实施。它以精心选择的形式将若干结构元素进行装配，从而满足系统主要功能和性能需求，并满足其他非功能性需求。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模式，可以使用一个公式来表达：软件架构=构成系统的元素，指导元素集成的形式，关系和约束“4+1”视图模型用 5 个视图组成的模型来描述软件架构，如图 315 所示。第 1 题：问题 1 结合你的系统架构设计经验，请用300 字以内的文字简要说明开

2、发视图(Development View)和物理视图(Physical View)的主要功能，以及两者分别关注哪些需求点。参考答案：软件架构是软件系统的高层描述，给出了关于软件系统组织结构的一系列高级的、重要的抽象，包括：系统组成的结构性构件；组成构件之间的接口；构件相对系统其他部分的可视行为；构件之间所采取的交互和协作关系。“4+1”视图模型用 5 个视图组成的模型来描述软件架构。该模型包含以下5 个主要的视图。(1)逻辑视图(Logical View)，描述了设计的对象模型(使用面向对象的设计方法时)，支持系统的功能需求，即在为用户提供服务方面系统所应该提供的功能。(2)进程视图(Proc

3、ess View)，描述了设计的并发和同步特征，支持系统的运行特性。(3)物理视图(Physical View)，描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性，支持系统的拓扑、安装和通信需求。(4)开发视图(Development View)，描述了在开发环境中软件的静态组织结构，支持软件开发的内部需求。(5)场景(Scenario)，用来说明重要的系统活动，是其他4 个视图在用例(Use Case)驱动下的综合。该视图是其他视图的冗余(因此为“+1”)，但它起到了两个作用：作为一项驱动因素来发现架构设计过程中的架构元素；作为架构设计结束后的一项验证和说明功能，既以视图的角度来说明，又作为架构原型

4、测试的出发点。软件内部需求是指任何一个软件都要满足的一些非功能方面的需求。大部分情况下，开发视图架构考虑的内部需求与以下几项因素有关：开发难度、软件管理、重用性和通用性及由工具集、编程语言所带来的限2 制与约束等。开发视图是项目管理的基础，通过开发视图对系统功能和模块的层次性分解，能够预估开发工作量，安排开发任务，编制开发计划，进而监控进度，即开发视图是需求分解、团队工作的分配(或任务管理)、成本评估和计划(或成本管理)、项目进度的监控(或进度管理)、软件重用性、移植性和安全性等。它是建立产品线的基础。物理架构主要关注系统非功能性的需求，如可用性、可靠性(容错性)、性能(吞吐量)和可扩展性等。

5、软件在计算机网络或处理节点上运行，被识别的各种元素(网络、过程、任务和对象)，需要被映射至不同的节点；架构师希望使用不同的物理配置：一些用于开发和测试，另外一些则用于不同地点和不同客户的部署。因此软件至节点的映射需要高度的灵活性及对源代码产生最小的影响。详细解答：第 2 题：问题 2 结合你的系统架构设计经验，请用300 字以内的文字简要说明进程架构主要解决的问题，以及如何区分主要任务和次要任务。参考答案：进程架构考虑一些非功能性的需求，如性能和可用性等。它解决并发性、分布性、系统完整性和容错性的问题，以及逻辑视图的主要抽象如何与进程结构相配合在一起，即在哪个控制线程上，对象的操作被实际执行。

6、进程是构成可执行单元任务的分组。进程代表了可以进行策略控制过程架构的层次(即开始、恢复、重新配置及关闭)。另外，进程可以就处理负载的分布式增强或可用性的提高而不断地被重复。主要任务是可以唯一处理的架构元素；次要任务是由于实施原因而引入的局部附加任务(如周期性活动、缓冲和暂停等)。它们可以作为轻量线程(或 Ada Task)来实施。主要任务的通信途径是有着良好定义的交互任务通信机制：基于消息的同步或异步通信服务、远程过程调用及事件广播等。次要任务则以会话或共享内存来通信。在同一过程或处理节点上，主要任务不应对它们的分配做出任何假定。详细解答：第 3 题：问题 3 软件架构在软件需求与设计之间架起

7、一座桥梁，也是风险承担者进行交流的手段，允许不同的风险承担者找出他们所关心的软件架构问题。假设采用面向对象的设计方法，各个视图涉及的组件(元素)包括类(或对象)、模块、节点、任务和步骤等，风险承担者包括最终用户、系统架构师、程序员、系统实施工程师和项目经理等。请在表3-9 中的(1)(10)空缺处填入恰当的内容。3 参考答案：依题意，本问题的题干说明中给出了“视图涉及的组件包括任务、类、模块、节点和步骤等，风险承担者包括最终用户、系统设计师、程序员、经理和项目管理师等”等关键信息。可见，本试题的答案应在正确地理解视图组件和给定的风险承担者角色概念的基础上这个范围内选择。所谓风险承担者是指对软件

8、系统某个方面(或层次)负责或(关注)的人员。也可以这样来理解风险承担者，即软件系统的某个方面(或层次)如果存在缺陷或问题，对此负责任或受影响的人员。风险承担者包括最终用户、系统设计师、程序员、经理和项目管理师等。逻辑视图描述了设计的对象模型，支持系统的功能需求，即逻辑视图表述系统的功能需求。系统分解为一系列的关键抽象，而大多数这些抽象来自于需求分析中所提出功能要求，以对象或类的形式来表示(采用抽象、封装和继承等机制)。分解并不仅仅是为了功能分析，而且用来识别遍布系统各个部分的通用机制和设计元素。系统的功能需求来自于最终用户，最终用户是逻辑视图对应的主要风险承担者。因此，(1)空缺处应填入“类(

9、或对象)”这一组件(元素)，(2)空缺处的风险承担者应填入“最终用户”。进程视图描述了设计的并发和同步特征，支持系统的运行特性，即进程视图表述系统的运行特性。利用进程视图可解决系统的并发性、分布性、系统完整性及容错性等问题。另外，它还可以表达逻辑视图的主要抽象在哪个控制线程上被实际执行。其风险承担者主要是系统集成人员(如系统架构师)，组件元素是任务。因此，(3)空缺处的组件(元素)应填入“任务”，(4)空缺处的风险承担者应填入“系统架构师”。物理视图描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性，支持系统的拓扑、安装和通信需求，即物理视图表述系统的拓扑、安装和通信需求，用来表达软件系统中的各种元素(

10、元素可以理解为组件或过程)被映射或部署至不同的网络计算机节点上。其风险承担者主要是系统实施工程师，组件元素是节点。因此，(5)空缺处的组件(元素)应填入“节点”，(6)空缺处的风险承担者应填入“系统实施工程师”。开发视图描述了在开发环境中软件的静态组织结构，支持软件开发的内部需求，即开发视图表述软件开发的内部需求。其关注软件开发环境下实际模块的组织(程序库或子系统)，它们可以由一位或几位开发人员来开发。子系统可以组织成分层结构，每个层为上一层提供良好定义的接口。其风险承担者主要是编程人员和软件项目管理人员。因此，(7)空缺处应填入“模块”这一组件(元素)，(8)空缺处的风险承担者应填入“程序员

11、和项目经理”。场景用来说明重要的系统活动，是其他 4 个视图在用例(Use Case)驱动下的综合。在某种意义上场景是最重要的需求抽象。该视图是其他视图的冗余(即“+1”所体现的含义)，但它起到了两个作用：是可用来发现架构设计过程中的架构元素；是可作为架构设计结束后的功能验证。它可作为架构原型测试的出发点，其主要风险承担者是最终用户和开发人员，组件元素是步骤。因此，(9)空缺处的组件(元素)应填入“步骤”，(10)空缺处的风险承担者应填入“最终用户、系统架构师和程序员”。详细解答：试题二阅读以下关于面向服务架构的应用叙述，根据要求回答问题。4 说明 某航空公司的主要业务系统(如订票系统、航班调

12、度系统等)始建于 20世纪七八十年代，之后随着信息化的进展，陆续积累了许多异构的遗产信息系统。这些系统部分采用了J2EE、.NET等技术进行开发，分布在不同的地理位置，采用不同的协议进行数据传输。近年来，该公司在企业集成方面也是煞费苦心，已经在几个主要的核心系统之间构建了用于信息集成的信息Hub(Information Hub)，其他业务应用之间也有不少点到点的集成。尽管这些企业集成技术在一定程度上增进了系统间的信息共享，但是面对历史异构的遗产信息系统，企业的业务整合、功能整合仍是困难重重，主要表现如下。(1)由于大部分核心应用构建在主机之上，因此Information Hub是基于主机技术开

13、发，很难被开放系统使用。(2)Information Hub对事件支持不强，被集成的系统间的事件以点到点流转为主，被集成系统间耦合性强。(3)牵扯到多个系统间的业务协作以硬编码为主，将业务活动自动化的成本高，周期长，被开发的业务活动模块重用性差。某软件开发公司承接了该航空公司应用系统集成任务，项目组经过多方讨论和论证之后，决定采用以面向服务为中心的企业集成技术，一步步解决该公司所面临的企业集成问题。第 4 题：问题 1 项目组在讨论架构方案时，某位架构师提出采用企业服务总线(ESB)架构模式，通过 ESB的事件服务(Event Service)完成订阅发布，使应用程序间的事件集成不再需要原来的

14、点到点方式，从而解耦组件之间的依赖关系，降低软件系统互连的复杂性。结合你的系统架构设计经验，请用400 字以内的文字简要说明在 ESB环境中组件之间典型的交互过程，以及ESB具有的核心功能。参考答案：企业服务总线(Enterprise Service Bus，ESB)是由中间件技术实现的支持面向服务架构(SOA)的基础软件平台，支持异构环境中的服务以基于消息和事件驱动模式的交互，并且具有适当的服务质量和可管理性。ESB技术的基本思想是，提供一种标准的软件底层架构，各种程序组件能够以服务单元的方式“插入”到该平台上运行，并且组件之间能够以标准的消息通信方式来进行交互。一个在 ESB环境中组件之间

15、典型的交互过程是：首先由服务请求者触发一次交互过程，产生一个服务请求消息，并将该消息按照ESB的要求标准化，然后标准化的消息被发送给服务总线。ESB根据请求消息中的服务名或者接口名进行目的组件查找，将消息转发至目的组件，并最终将处理结果逆向返回给服务请求者。这种交互过程不再是点对点的直接交互模式，而是由事件驱动的消息交互模式。通过这种方式，ESB最大限度上解耦了组件之间的依赖关系，降低了软件系统互连的复杂性。连接在总线上的组件无须了解其他组件和应用系统的位置及交互协议，只需要向服务总线发出请求，消息即可获得所需服务。服务总线事实上实现了组件和应用系统的位置透明和协议透明。技术人员可以通过开发符

16、合ESB标准的组件(适配器)将外部应用连接至服务总线，实现与其他系统的互操作。同时，ESB以中间件的方式，提供服务容错、负载均衡、QoS保障和可管理功能。ESB5 的基本核心功能归纳如下。(1)提供位置透明性的消息路由和寻址服务。(2)提供服务注册和命名的管理功能。(3)支持多种消息传递范型(如请求/响应、发布/订阅等)。(4)支持多种可以广泛使用的传输协议(即传输协议转换)。(5)支持多种数据格式及其相互转换(即多种平台下多种集成方式的支持)。(6)提供日志和监控功能。详细解答：第 5 题：问题 2 将彼此关联的业务活动组成自动化流程可以进一步提高该航空公司业务活动的效率。以服务为中心的企业

17、集成通过流程服务来完成业务流程集成。结合你的系统架构设计经验，请用300 字以内的文字列举出3 种 SOA 架构中的流程服务内容，并给出简要说明。参考答案：企业部门内部的IT 系统通过将业务活动自动化来提高业务活动的效率。但是这些部门的业务活动并不是独立的，而是和其他部门的活动彼此关联的。将彼此关联的业务活动组成自动化流程可以进一步提高业务活动的效率。以服务为中心的企业集成通过流程服务来完成业务流程集成。在业务流程集成中，粒度的业务逻辑被组合成业务流程，流程服务提供自动执行这些业务流程的能力。在参考架构中，流程服务包括以下内容。(1)编排服务(Choreography Service)：通过预

18、定义的流程逻辑控制流程中业务活动的执行，并帮助业务流程从错误中恢复。(2)事务服务(Transaction Service)：用于保证流程执行中的事务特性(ACID)。对于短流程，通常采用传统的两阶段提交技术；对于长流程，一般采用补偿的方法。(3)人工服务(Staff Service)：用于将人工的活动集成到流程中。一方面，它通过关联的交互服务使得人工可以参与到流程执行中；另一方面，它需要管理由于人工参与带来的管理任务，如任务分派、授权和监管等。详细解答：第 6 题：问题 3 若项目组采用 Web Service 作为基于 SOA集成方法的实现技术，请根据该航空公司目前的实际情况，用300 字

19、以内的文字说明系统应该分为哪几个层次，并简要说明每个层次的功能。参考答案：在采用 Web Service 作为 SOA 的实现技术时，根据该航空公司目前的实际情况，从功能角度考虑，该系统应该至少分为6 个层次，分别为底层传输层、服务通信协议层、服务描述层、服务层、业务流程层和服务注册层，如表 3-12 所示。6 详细解答：试题三阅读以下关于数据库应用系统性能分析方面的说明，根据要求回答问题。说明 某大中型企业采用Oracle 数据库建立一个经济信息统计方面的大型数据库应用系统。尽管配置了比较良好的硬件和网络环境，但该数据库应用系统实施后的整体性能表现较差。特别是随着业务量与信息量的迅速扩大，数

20、据库系统的存取速度显著减慢，存储效率也明显下降。该企业通过反复实践与摸索，并邀请数据库专家一起会诊，认为可以从以下 4 个方面进一步优化数据库应用系统。(1)由于数据库应用中最主要的查询与修改数据操作大多需通过：I/O 来完成的，因此需要通过调整服务器配置(即对硬件设备进行升级)、操作系统配置与数据库管理系统的有关参数，优化系统的 I/O 性能，尤其是改进磁盘I/O 的效率与性能。(2)优化“索引”的建立与使用机制，尽可能提高数据查询的速度或效率。(3)合理使用聚类(Culster)，改进查询响应时间和系统的综合性能。其中，“聚类”是指把单独组织的，但在逻辑上经常需连接的，较为稳定的几个基本表

21、聚集在一起(在物理上实现邻近存放)，可以显著减少数据的搜索时间，从而提高性能。(4)对应用系统中使用的SQL语句进行调优，针对每条SQL语句都建立对应的索引等。第 7 题：问题 1 许多开发技术人员由于缺乏经验，通常在建立实体(如基本表、索引或表空间等)时，都习惯于使用 DBMS 提供的“缺省参数”，结果常常会引起数据库应用系统性能较差的隐患。结合你的系统架构设计经验，请用200 字以内文字简要说明使用 DBMS 默认参数的缺点。参考答案：目前，大多数的大、中型信息系统都使用数据库作为数据存储，而信息系统的性能优化是一个综合性的问题，需要综合考虑硬件设备、操作系统、数据库和应用系统。基于数据库

22、的业务系统，一般在进行调优时，需要具体问题具体分析。全面的分析方案应该包括以下3 方面内容。(1)对系统中的业务数据进行搜集，判断当前硬件设备是否足够。判断数据库管理系统和操作系统的相应参数设置是否合理。例如数据库中 SGA 中的参数，操作系统中共享内存等参数、数据库中数7 据与索引物理存储的分离等。(2)对应用系统进行分析，对业务系统的类型进行确认，如联机事务处理和数据仓库对数据库的要求差异很大。OLTP和 OLAP 的类型也有很大的差异。(3)对应用系统中的 SQL语句和索引等进行分析。题干中数据库专家已指出，系统I/O 经常会成为制约数据库应用系统性能的瓶颈。减少 I/O 资源的争用，以

23、及合理分布各类存储空间，通常能有效地提高全系统的运行效率。例如，可以使应用系统的存储空间与系统表空间分离；在不同的盘驱动器上设立数据表空间与索引表空间；自动整理与减少空间碎片等。使用：DBMS默认参数，在进行查询时会产生大量不必要的记录项。在进行数据传输和处理时，可能由于小数据文件过多而导致I/O 阻塞。另外在合理分布各类存储空间时，由于默认参数导致记录分配不均匀，降低存储空间利用度。详细解答：第 8 题：问题 2 该企业所邀请的数据库专家的会诊建议中，选取合适的“索引字段”，对于索引实现的效率具有相当重要的作用。结合你的系统架构设计经验，请用200 字以内的文字，指出选用具有哪些特征的字段作

24、为索引手段较为合适。参考答案：对于大型数据库系统来说，索引机制可以在很大程度上提高数据查询的效率。但是索引是以空间为代价来换取时间的，而且一般仅当表的容量较大时，才能显现出索引的作用。通常，优化索引的使用有以下两条主要途径。(1)尽可能充分地去理解索引的基本原理和在本系统中使用索引时的一些规则，从而为正确使用索引奠定基础。比如，在某些谓词后不使用索引(如 OR、NOT IN 等)，查询的记录数超过表总记录数的20%以上时不适宜使用索引，在另一些谓词后出现的索引字段会使用索引等。(2)在有很多基本表的场合下，由多名开发人员大量创建不尽合理的索引，可能会显著降低系统的性能。根据应用的实际需要，合理

25、地创建“索引”，在本数据库应用系统中可以考虑一些创建索引的原则或指导性规则。例如，原则上，对记录数较多的表，应尽可能考虑创建索引的可行性；在连接多个表的场合下，最好考虑采用索引；无相同值的字段可建立起“唯一性索引”(这时查询代化性能特别出色)；对于只读的表可建立较多的索引，对于更新频度较高的表只能建立较少的索引；尽可能在数据加载之后再建立索引，以避免重新索引的开销；建立并设置复合索引时，应把最常用的索引字段放在前面，即保持相对合理的索引字段次序。选取合适的“索引字段”，对于索引实现的效率具有相当重要的作用。通常，选用具有以下特征的字段作为索引手段较为合适：该字段作为数据表中的主关键字或候选关键

26、字；该字段能够唯一地标识记录或通过将记录进行较多细目分类；该字段与其他字段组合能唯一地标识记录或将记录进行分组；该字段是其他表的外键等。详细解答：第 9 题：8 问题 3 (1)该企业所邀请的数据库专家会诊意见中，针对每条SQL语句都建立索引的建议是否合适?请简要说明理由。(2)结合你的系统架构设计经验，请列举出4 条 SQL语句优化的基本策略。参考答案：该企业所邀请的数据库专家会诊意见中，针对每条 SQL语句都建立索引的建议是不适当的。通常，针对查询语句，建立适当的索引以提高查询效率。但是索引调整时还需要考虑以下原则。(1)如果更新操作成为系统瓶颈，因为每次更新操作会重建表的索引，则需要考虑

27、删除某些索引。(2)应该针对不同应用情况选择适当的索引类型。例如，如果经常使用范围查询，则 B树索引比散列索引更加高效。(3)将有利于大多数据查询和更新的索引设为聚类(Culster)索引。同时需要对建立的索引进行实际的测试，因为索引的使用是由数据库管理系统(数据库优化器)决定的。如果建立索引不当，数据库管理系统将不利用已经建立的索引，而采取全表扫描。SQL 语句优化在信息系统调优中所占比例较大。通常，一个信息系统中不同SQL语句的数目往往在200400 条左右，在优化时，需要对每条 SQL语句的性能进行测量，对性能表现不佳的SQL语句进行调整。当前也已经出现了专门的SQL语句优化的工具，可以

28、辅助开发人员。SQL语句优化的常见策略如下。(1)优化相应的表连接，建立物化视图或尽可能减少多表查询。(2)以不相干子查询替代相干子查询，即优化嵌套子查询。(3)只检索需要的列，无须将表中所有的列全部检索，即避免全表的反复查询。(4)用带 IN的条件子句等价替换OR子句。(5)避免嵌套的游标(Cursor)和多重循环。(6)经常提交 COMMIT，以尽早释放锁等。注意，对于不同类型的应用系统(类型划分根据对数据库的操作类型而言，例如 OLTP 等)，在数据库操作中，可采用的优化方法也有所不同。详细解答：第 10 题：问题 4 在数据库中，当某个业务表中的数据量很大且急速膨胀时，为了保持较高的数

29、据响应速度，可以对该数据表进行分片设计。请用300 字以内的文字简要说明对数据表分片需要满足的条件，以及常见的数据表分片方法。参考答案：在数据库中，某个业务表中的数据量很大，急速膨胀，在这样的情况下，为了保持高的数据响应速度，根据数据的时间局部性和空间局部性原则，可以对数据表进行分片设计。一般有两种分片方法，分别为水平分片和垂直分片。对数据表分片需要满足完备性条件、可重构条件和不相交条件。其中，完备性条件是指必须把全局关系的所有数据映射到片段中，决不允许有属于全局关系的数据却未被映射到任何一个片段。可重构条件是指必须保证能够由同一个全局关系的各个片段来重建该全局关系。对于水平分片可用并操作重构

30、全局关系；对于垂直分9 片可用连接操作重构全局关系。不相交条件是指要求一个全局关系被分割后所得的各个数据片段互不重叠(对垂直分片的主键除外)。详细解答：试题四阅读以下关于嵌入式实时操作系统软件的选型分析方面的叙述，回答问题。说明 某研究所承担了一项宇航嵌入式系统的研制任务，本项任务技术难度大，可靠性要求高，进度要求紧，预计软件规模约在一万行以上。而该所原先承担的相关项目均是用汇编语言编写的(软件规模较小，一般是几百行)。项目主管工程师将软件开发的论证工作分别布置给了架构师阮工和刘工，要求他们根据本项目的技术要求，在一周内分别提出软件的实施方案。(1)该宇航嵌入式系统由数据处理机、信号处理机及数

31、据采集模块组成。信号处理机主要通过数据采集模块将大量不固定时间周期的外部数据采集进来，进行预处理(如 FFT变换)后提交给数据处理机；数据处理机根据功能要求完成各种计算处理工作，并将结果输出。为了达到数据处理机和信号处理机的标准化，这两类处理机均采用同种处理机的体系结构(如 PowerPC 7410)。整个系统工作的最大周期为 1s，最小周期为 5ms。数据处理机上的任务分布如表3-10 所示。(2)一周后，架构师阮工和刘工提交了各自的实施方案，其共同之处在于二者均提出采用操作系统及相应的软件开发环境。但是，阮工和刘工在选择什么样的操作系统及开发环境方面出现了较大分歧。阮工的实施方案指出，为了

32、满足本项目的技术要求，并有利于本所软件的长期发展，应选用具有硬实时处理能力的嵌入式实时操作系统及开发环境(例如 VxWorks等)；而刘工的实施方案指出，操作系统主要完成对计算机资源的管理与分配工作，考虑到人们对操作系统及软件开发工具的熟悉程度，本项目应选用具有大众化的，开发人员容易上手的嵌入式操作系统(例如 Windows CE、Linux 等)。(3)在两人争执不下的情况下，项目主管工程师组织了相关专家对阮工和刘工提交的实施方案进行了评审。最后，专家组一致认为阮工的方案切实可行，操作系统的选型论证充分、客观，可以作为本所未来几年中相关项目的软件开发的基本环境。同时专家组还就具体实施选择嵌入

33、式实时操作系统及开发环境产品时应着重考虑的相关问题提出了几点建议。第 11 题：问题 1 为什么专家组一致认为阮工的实施方案切实可行?请用 200 字以内的文字简要说明。参考答案：10 这是一道要求读者通过对题目的理解，根据题目给出的技术参数，说明选择操作系统的依据的综合分析题。本试题的解答思路如下。问题 1 侧重于考查读者分析问题的能力，这是系统架构设计师必须具备的知识点。(1)嵌入式操作系统的使用与具体的应用方向紧密相关。目前，根据不同的应用领域，嵌入式操作系统分为嵌入式操作系统和嵌入式实时操作系统，实时又分为强实时和弱实时。(2)强实时、资源约束和可靠性是宇航软件必须考虑的三大因素。强实

34、时将是本题首要关注的选型内容之一；而可靠性则是宇航系统极为重要的考虑内容；可剪裁、开放和可扩展是嵌入式系统的公共特性。(3)在宇航系统中，由于航天航空飞行器速度非常快，需要各个控制设备应具有快速的反应和处理能力(一般工作周期为ms级)，即该宇航系统的各周期任务的工作时序必须在规定的时间期限内完成，偶尔出现违反某些应用的时间需求将对系统运行造成严重影响。具有硬实时处理能力的嵌入式实时操作系统提供的任务调度功能，可以有效地管理本系统多周期任务的调度，并且操作系统提供的事件、信号和任务间的通信机制，可以有效地解决本系统中资源共享中的互斥问题。因此，结合题干给出的技术指标要求，应重点考虑强实时操作系统

35、。由于硬实时操作系统在实时处理和相应的方面优于一般嵌入式操作系统，因此阮工提出的选用具有硬实时处理能力的嵌入式操作系统方案可行。(4)从资源约束性角度来讲，宇航嵌入式系统由于受空间和重量的限制，操作系统代码不宜过于庞大，选择具有可剪裁功能的操作系统更适应本项目。(5)宇航嵌入式系统要求软件可靠性要高，而“具有硬实时处理能力的嵌入式实时操作系统及开发环境(例如 VxWorks等)”在上市之前需要经过相关部门验证，因此阮工选择的操作系统的可靠性高于刘工所选的操作系统(例如，Windows CE、Linux 等)。详细解答：第 12 题：问题 2 选择实时嵌入式操作系统及开发环境时应考虑哪几方面问题

36、?请用 200 字以内的文字简要论证。参考答案：这是一道要求读者在嵌入式实时操作系统及开发环境选型时需要考虑的哪些方面的简答分析题。本试题所涉及的知识点如下。(1)题干的第 1 段描述信息说明了问题所在，虽然估计到新项目程序代码将达到一万行(过去只有几百行)，但这些数据在本题中没用实质性应用，只表明代码规模发生了实质性变化，这一点是选择使用操作系统的考虑因素之一。(2)硬实时性，即操作系统是否具有很高的外部事件的响应能力。(3)可扩展性，即操作系统是否支持多种目标机和多种 API 标准接口，今后软/硬件的升级是否简便可行。(4)接口的开放性，即操作系统是否提供了丰富的应用软件接口服务，使用户可

37、根据自己的需要定制专用系统(有利于灵活使用)。(5)可靠性，即所选的操作系统的可靠性是否长期被许多厂家应用过，或已通过权威机构认证。通常要求嵌入式操作系统对可靠性有较强的保障支持能力。(6)可剪裁性，即要求操作系统可根据具体项目要求，进行功能模块的剪裁，操作系统内核要尽量小。(7)操作系统的硬件11 支持是否支持目标硬件平台，开发环境是否集成有丰富的工具，使用是否方便、符合日常的操作习惯(环境的可用性)。(8)开发环境的兼容性，即开发环境应支持多种常用的文件格式，以利于环境间的数据交换。(9)具体应用环境对操作系统性能的要求，是否需要中文内核支持，与应用环境标准的兼容性，以及技术支持程度等。详

38、细解答：第 13 题：问题 3 根据本项目中任务的时间性能参数，请用200 字以内的文字(也可用图示)描述任务的被调度关系，并分析系统是否可调度(暂不考虑操作系统的时间开销)?参考答案：详细解答：第 14 题：问题 1 在 2Mbps带宽的网络测试环境下，分析案例中的测试结果，指出满足系统的性能指标需求时，系统能够承受的并发用户登录的最大数量，并简要说明理由。参考答案：网络系统应用的性能测试是为确保网络在实际运行状况下，各种基本应用服务能够达到用户可以接受的性能和服务质量。本题考查系统负载压力性能测试的重要指标“并发用户数”。判断系统能够承受的最大并发用户数的条件可以概括为：交易操作响应时间在

39、合理范围内；交易通过率在合理范围内；系统运行无故障；系统资源使用在合理范围内等。其中，应用系统交易执行响应时间(“RT”，ResponseTime)是指系统完成事务执行准备后所采集的时间戳和系统完成待执行事务后所采集的时间戳之间的时间间隔。它是衡量特定类型应用事务性能的重要指标，标志了用户执行一项操作大致需要多长时间。在本案例场景中，应该选择第 1 个条件来判断系统能够承受的最大并发用户数。由题干关键信息“本次测试的性能需求是：指标响应时间合理范围为05s”，即在通常情况下，交易操作合理的响应时间为5s 以内。由案例 1 的图 3-16 的显示结果可知，登录响应时间随虚拟并发用户数增加而增长。

40、在50 个虚拟并发用户的负载下，登录响应时间达到5s(注意：图 3-16 中响应时间指标的比例为10)，当负载超过 50 个虚拟并发用户，响应时间超过5s 或者与 5s 持平。因此案例 1 中最合理的最大并发用户数为50。12 详细解答：第 15 题：问题 2 在 2Mbps带宽的网络测试环境下，分析案例中的测试结果，说明服务器CPU 资源使用率是否合理，以及带宽是否是系统瓶颈，并简要说明理由。参考答案：本题考查系统负载压力性能测试的两个重要指标：“资源使用”与“网络带宽”。“资源使用”中的CPU 占用率平均值在85%之内是合理的。在2 Mbps带宽网络环境下，服务器CPU的平均使用率为78%

41、(表 3-11)，由于 78%85%，因此在该网络环境下，服务器 CPU 资源使用率是合理的。判断网络带宽是否是系统运行性能瓶颈的首要条件是网络带宽是否会影响系统交易执行性能。例如，若减小网络带宽，则并发用户数、响应时间与交易通过率等性能指标是否不能接受；或者增加网络带宽，并发用户数、响应时间与交易通过率等性能指标会得到提高。对比“4 Mbps带宽登录”案例，在4 Mbps带宽网络环境下，由图3-18 所显示的结果可知，系统每秒处理完成的登录个数固定在13.5 个左右，登录响应时间随虚拟用户数增加而增长。在 60 个虚拟用户的压力下，登录响应时间在 4.2s 左右(注意：图 318 中响应时间

42、指标的比例为10)；在 80 个虚拟用户的压力下，登录响应时间在5.8s 左右，因此在合理登录响应时间(5s)内预计同时登录用户数是 70 左右。此时服务器CPU 使用率为 98%，由于 98%85%，因此服务器 CPU使用率成为系统处理的瓶颈。说明随着带宽的提高(带宽由 2 Mbps变为 4 Mbps)，系统的处理能力进一步提高(并发用户数由 50 变为 70)，同时高吞吐量造成了系统资源的紧张(CPU使用率由 78%变为 98%)，带来了新的系统性能瓶颈。详细解答：第 16 题：问题 3 在 4Mbps带宽的网络测试环境下，分析案例中的测试结果，说明服务器CPU 资源使用率是否合理，以及增

43、加带宽是否是提高系统性能的有效方法，并简要说明理由。参考答案：在 4 Mbps带宽网络环境下，服务器CPU 的平均使用率为 98%(见表 3-11)，由于 98%85%，因此在该网络环境下，服务器 CPU 资源使用率是不合理的。判断网络带宽是否是系统运行性能瓶颈的次要条件是网络带宽是否会使系统资源使用不合理。不考虑别的因素，仅提高带宽，系统的处理能力虽然会进一步提高，但高的处理能力会使服务器的资源瓶颈进一步加重，带来更加严重的后果。将4 Mbps带宽的网络测试环境与2 Mbps带宽的网络测试环境相比，带来了新的系统瓶颈(CPU资源使用率平均值超过85%)，因此增加带宽不是提高系统性能的有效方法

44、。在此基础上，继续提高带宽，系统的处理能力将进一步提高，高的处理13 能力会使服务器的资源瓶颈进一步加重，从而带来更加严重的后果(如服务器CPU 的平均使用率长时间为100%)，导致类似于“拒绝服务攻击(DoS)”现象发生。详细解答：第 17 题：问题 4 结合你的系统架构设计经验，简要说明网络带宽成为系统性能瓶颈时，如何制定相应的解决方案?当 CPU 使用率成为系统性能瓶颈时，如何制定相应的解决方案?参考答案：本题考查“CPU 资源使用”与“网络带宽”两个系统瓶颈的解决方案。当CPU资源使用成为系统瓶颈时，其相应的解决方案主要有：增加CPU的个数；提高 CPU 的主频；将 Web服务器与数据库服务器分开部署；调整软件的设计与开发。当网络带宽成为系统瓶颈时，其相应的解决方案主要有：增加网络带宽；压缩所要传输的数据。详细解答：