高级系统架构设计师下午试题（Ⅰ）押题密卷1

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Java企业级应用框架一般被划分为3个层次，请用150字以内的文字说明都有哪3个层次？功能分别是什么？

请用200字以内的文字叙述Struts、Spring和Hibernate开源框架特点和结合方式。

请用200字以内的文字说明基于Struts、Spring和Hibernate的轻量级框架与基于EJB的重量级框架解决问题的侧重点有什么不同？

领域分析是分析和研究某个应用领域特性的活动，它是识别、收集、组织和描述一个领域相关信息，发现和记录领域中的共性和差异的过程，是系统化、形式化、有效复用的关键。通过领域分析，类似系统的公共特性将被提取，使用于该领域所有公共的、基本的对象，操作也将被标志出来，并且通过定义模型来描述他们之间的关系。领域分析的本质是以复用为目的，对具有若干共同特性的一群应用系统进行分析，对共同的部分开发出一系列公用的组件，对不同的部分进行参数化。按照Will Tracz的说法，特定领域软件架构(DSSA)就是一个特定的问题领域中由领域模型、参考需求和参考架构等组成的开发基础架构，其目标就是支持一个特定领域中多个应用的生成。DSSA的基本活动包括领域分析、领域设计和领域实现。领域分析的主要目的是获得领域模型，领域模型描述领域中系统之间共同的需求，即领域需求；领域设计的主要目标是获得DSSA,DSSA描述领域模型中表示需求的解决方案；领域实现的主要目标是依据领域模型和DSSA开发、组织可重用信息。在最高的级别上，DSSA方法共有5个阶段，每个阶段可以进一步划分为一些步骤或子阶段，每个阶段包括一组需要回答的问题、一组需要的输入，以下一组将产生的输出和验证标准。该方法的领域工程过程是并发的、递归的和反复的，或者说，它是螺旋型的，完成该过程可能需要对每个阶段经历几遍，每次增加更多的细节。该领域工程过程的5个阶段如下。（1）定义领域范围：重点是确定领域中包含哪些元素及领域工程过程到何时结束。这一阶段的一个主要输出是领域中的应用需要满足的一系列用户的需求。（2）定义领域特定的元素：目标是制订领域字典和领域术语的同义词词典。在领域工程过程的前一个阶段产生的高层次块图中增加更多的细节，特别是识别领域中各种应用间的共同性和差异性。（3）定义领域特定的设计和实现需求约束：目标是描述空间中的特性，不仅要识别约束，并且要记录约束的设计和实现决定造成的后果，还要记录对处理这些问题时产生的所有问题的讨论。（4）定义领域模型和构件：目标是产生DSSA，并说明构成它的模块或构件的语法和语义。（5）产生和搜集可复用的产品：目标是为DSSA增加构件，使得它可以被用来产生问题域中的新应用。从软件实践上看，面对特定领域的系统开发，迫切需要一种好的开发方法来有效地支持软件重用性，而DSSA方法已经在实践中被证明是有效的，能显著加大重用的粒度，从而缩短整体开发周期，在提高产品品质的同时降低开发费用。【缺少答案，请补充】

在电子政务的建设过程中，应充分利用领域分析和软件复用的知识，采用基于可复用的软件开发方式，注重采用领域分析的方法，建立领域模型。例如，在领域分析时使用国际上通用的统一建模语言（UML）作为建模工具。在电子政务的建设过程中，应建立系统工程，建立行业范围内的一些标准，以利于确定复用的方案，使开发的系统可靠性高、成本低。根据题干关键信息，并结合从事系统架构设计的历史经验，大致可以分析该系统5大功能模块中，公共信息管理模块是Internet网络上的一个应用系统，这部分主要包括系统网站相关功能，包括信息发布和浏览、资质等级标准查询、企业资质查询、网上调查、意见箱管理、问题解答，以及下载文档管理等。系统管理维护模块主要是系统管理员用户用来设置或设定系统的参数，管理和维护系统最基本的数据。主要功能包括用户及权限管理、工作流管理、企业管理、信息发布管理、系统维护、文档管理和基础数据管理等。对于这两个功能模块应该在具体的配置和使用上通过配置文件（或数据文件）把建设方的相关信息加入进来。这样，这些公共功能模块就很容易的被其他电子政务项目所复用。根据行业经验，资质管理模块通常包括企业资质的网上申请、审批、年审、动态管理、变更、备案、资质证书管理和相关资质申请审批工作处理情况的查询及资质标准和等级的管理和分析统计等。企业信息管理模块主要是对具体企业信息的维护，包括企业相关信息的输入、输出、修改、删除、查询和打印等功能。其中，人员管理还包括人员的调离、年龄控制等。系统扩展接口模块用于本系统与其他信息系统的数据交换，保证了建设方的管理系统与其他行业部门已有或待建信息化系统的无缝链接等。对于这些与建设方密切相关的功能模块，即使在实现上无法完全和建设方相关信息系统分开，也要尽力降低和建设方的耦合度，以便使得今后复用时的代价最小化。在具体实现上，应该充分采用在市场上广泛使用的技术和产品。例如，Web服务器、J2EE应用服务器、电子邮件系统、数据库系统、信息门户和系统安全解决方案等，建议使用已有的软件产品而不是自行开发。同时采用CMM模型或者CASE工具等指导所承接的软件系统的开发，以便高质量地完成项目的建设工作，使得所建成的软件系统具有良好的可复用性。【缺少答案，请补充】

构件（component）是指应用系统中可以明确辨识的构成成分。它是软件系统可替换的、物理的组成部分，它封装了实现体（实现某个职能），并提供了一组接口的实现方法。而可复用构件（Reusablecomponent）是指具有相对独立的功能和可复用价值的构件。软件构件技术是软件复用的核心技术。它是基于面向对象的，以即插即用型软构件概念为中心，通过构件组合来建立应用的体系。其主要研究内容包括构件获取、构件模型、构件描述语言、构件分类与检索、构件复合组装和构件标准化。可复用构件应具备以下属性。（1）有用性（Usefulness），构件必须提供有用的功能。（2）可用性（Usability），构件必须易于理解和使用。（3）质量（Quality），构件及其变形必须能正确工作。（4）适应性（Adaptability），构件应该易于通过参数化等方式在不同语境中进行配置。（5）可移植性（Portability），构件应能在不同的硬件运行平台和软件环境中工作。（6）可变性（Variability），构件除了向复用者提供一些公共“特性”外，还要提供可变的“特性”。针对不同的应用系统，只需对其可变部分进行适当的调节，复用者要根据复用的具体需要，改造构件的可变“特性”，即进行“客户化”工作等。【缺少答案，请补充】

依题意，基于图2所示的视频监控设备连接图和表1所示的各种设备产生的延迟参数可以做出如下分析，当某派出所的控制计算机发出调阅其管辖的某个监控点实时视频的指令后，该调阅指令将被流媒体服务器接收并进行相关处理，流媒体服务器将向所指定监控点的摄像机发出采集视频流的操作命令；摄像机所采集的模拟视频流信号经编码器进行模/数（A/D）转换并封装成相应的以太数据帧送入视频监控网络的接入层交换机（约延迟350ms），之后该视频流数据帧将经过接入层交换机和汇聚层交换机的转发（分别延迟了30ms和30ms），将到达核心交换机3号插槽光纤接口模块；由于流媒体服务器是连接在核心交换机4号插槽的端口1和端口2，因此该视频流数据帧从3号插槽光纤接口模块转发到4号插槽千兆以太接口模块时，将有10ms延迟时间；该视频流数据帧经流媒体服务器进行相关处理后（约延迟80ms），将由4号插槽的端口1（或端口2）转发给连接在端口3（或端口4）的存储服务器进行数据存储操作，这一过程存在有数据帧模块内端口间5ms转发延时和250ms视频存储延迟时间；当从存储服务器调阅相应的视频流数据时（约延迟100ms），该视频流数据将从4号插槽的端口3（或端口4）转发到3号插槽光纤接口模块（约延迟10ms），然后分别经汇聚层交换机和接入层交换机转发后（分别延迟了30ms和30ms），送至解码器进行数据帧的拆封并通过数模（D/A）转换形成监视器可接收的模拟视频流信号（约延迟350ms）。以上分析过程中，各设备延迟情况的示意图如图3所示。因此某派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟t=350+30+30+10+80+5+250+100+10+30+30+350=1275ms=1.275s。【缺少答案，请补充】

由于平安城市工程规范中规定，实时调阅视频流从采集至播放的时间延迟不得大于1s，由于1.275s>1.0s，因此图2所产生的实时视频调阅延迟不符合平安城市工程规范。若不能改变编/解码器和流媒体服务器产品，即保留实时视频调阅延迟t中350ms、80ms和350ms3个参数的情况下，则可以从优化其他转发延时参数入手进行分析，在不考虑经费限制的情况下，可能的优化方案如下。（1）改进流媒体服务器视频流处理软件的工作模式，即当视频流数据帧经流媒体服务器进行相关处理后，采取并发（或并行）或组播的工作模式将处理后的数据帧一路送至存储服务器进行数据存储操作，同时另一路数据帧直接送至核心交换机的相应输出端口。采取这一优化措施，可能节省约350ms转发延时（即节省250ms视频存储延迟时间和100ms视频调阅转发延时）。（2）将核心交换机4号插槽的GBIC千兆以太网模块升级（或更换）成至少拥有4个千兆光纤接口和16个千兆以太端口的模块，由这4个千兆光纤接口分别连接图2中的两台汇聚交换机。若4号插槽中有空余的千兆光纤接口，则可将两台汇聚交换机上连光纤由原来插接在3号插槽变更为插接在4号插槽。采取这一优化措施，将节省10ms转发延时，即节省图2中两次的核心交换机数据帧模块间的10ms转发延时，但同时也引入了两次的数据帧模块内端口间的5ms转发延时。（3）在光纤传输距离允许且汇聚交换机有多余光纤接口的情况下，可将编码器和解码器直接连接至各自的汇聚交换机。采取这一优化措施，若编/解码器均直接上连至汇聚交换机，则将节省60ms转发延时；若只将一侧的编码器（或解码器）直接上连至汇聚交换机，则将节省30ms转发延时。（4）优化存储服务器对视频流存储和调阅转发的处理机制（例如，采用RAID10或RAIDO技术，把连续的数据分散到多个磁盘上存取），或者升级存储服务器的相关硬件（如CPU、内存和硬盘等），再或者更换成具有更高数据存取性能的存储服务器产品，从而减少视频流存储延时和调阅转发延时。 5、（1）分辨率是数字监控产品中一项重要的技术指标，它在很大程度上决定了产品的性能（清晰度、存储量和带宽）和价格。目前监控行业中主要使用QCIF（176×144）、CIF（352×288）、HALF D1（704×288）和D1（704×576）等几种分辨率，CIF是主流的录像分辨率格式。通常，监控图像硬盘存储容量的计算主要取决于“码流”这一参数，与图像格式的分辨率大小没有直接关系。CIE、QCIF、DCIF和D1等都有对应的码流范围，如果只是一味地将码流参数调高，图像质量也不会有明显的改变。依据省，该行政区内视频监控系统保存的是CIF格式图像，码流为512kbps，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要138.24×10^9B(128.746 GB)的存储空间。具体计算过程如下。 M1=512×10^6(bps)×3600(s)×600 =1105.92×10^9(bit)+8=138.24×10^9Byte =138.24×10^9Byte/2^10×2^10×2^10≈128.746 GB 若监控系统保存的是D1格式的图像，码流为2048kbps，该码流为CIF格式图像码流512kbps的4倍，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要552.960×10^9B(即138.24×10^9×4 B)或514.984GB（即128.746×4 GB）的存储空间。（2）若该视频监控系统实施时，图像格式采用CIF格式，码流为512kbps，则保存行政区内600个监控点30天视频流需要99.5328×10^12B(或92697.144 GB，或90.525 TB)的存储空间。具体计算过程如下。 M2=138.24×10^9×24×30Byte=99532.8×10^9Byte=99532.8×10^9Byte/2^10×2^10×2^10=90.525 TB 廉价磁盘冗余阵列(RAID)是利用一台磁盘阵列控制器来管理和控制一组磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID级别是指磁盘阵列中硬盘的组合方式，不同级别的RAID为用户提供的磁盘阵列在性能上和安全性的表现上也有不同。RAIDO也称为Stripe（条带化），它把连续的数据分散到多个磁盘上存取，代表了所有RAID级别中最高的存储性能。其磁盘利用率为100%，但它不提供数据冗余。RAID1具有磁盘镜像和磁盘双工功能，可利用并行读/写特性，将数据块同时写入主盘和镜像盘，故比传统的镜像盘速度快，但其磁盘利用率只有50%。 RAID10是建立在RAIDO和RAID1基础上的高可靠性与高性能的组合，即利用了RAIDO极高的读写效率和RAID1较高的数据保护和恢复能力。但RAID10的磁盘利用率只有50%。依据题，该行政区内视频监控系统全部监控视频流信息保存在IP SAN设备S2600中，采用存储容量为1.5 TB的SATA硬盘，且采用RAID10配置（磁盘利用率只有50%），因此保存30天视频流至少需要的硬盘数为121块。具体计算过程如下。 N1=90.525(TB)/1.5(TB)×50%=120.7 ，将计算结果向上取整数为121。由于IP SAN设备S2600中，每个控制框仅支持12个磁盘，因此至少需要配置的S2600控制框数为11个（即121/12≈10.083，将计算结果向上取整数为11）。【缺少答案，请补充】

容错技术是指在一定程度上容忍故障的技术，也称为故障掩盖技术（Fault Masking）。容错主要依靠冗余设计来实现，以增加资源换取可靠性。由于资源的不同，冗余技术分为硬件冗余、软件冗余、时间冗余和信息冗余。也可以是元器件级、部件级和系统级的冗余设计。采用双机冗余热备方式，当本地某个系统发生故障时，系统能够自动快速地切换到正常的系统，通过本地故障恢复确保系统持续提供服务。在这种方案中，需采用双机热备份软件，用于提高服务器的可靠性。可选用离线数据备份及灾难恢复软件，保证数据的可靠性。还需要用到磁带机、磁带库和磁盘阵列等硬件设备。双机热备份方式的两台服务器都处于热机状态，如果一台服务器坏了，另一台服务器可以将所有的业务接管过来。它有两种工作方式：Online方式—两台服务器都在工作，分别担负不同的任务，均衡负载。缺点是成本大，管理难；Standby方式—备份机不工作，只是监测作业机的工作状况。缺点是服务器之间的切换时间较长。目前有许多不同厂家提供双机冗余热备的产品。在选择双机冗余热备产品时，通常需要考虑的因素有：①双机热备产品适用的规模；②支持的操作系统；③支持的数据库系统；④对正常业务系统的性能影响；⑤提供的图形用户界面(GUI)管理工具功能易用性；⑥能够完全实现多应用多级切换（应用级切换），适用于多种应用并存的系统，某一应用的切换可以不对其他应用产生影响；⑦集中管理配置能力；⑧远程监控和管理能力；⑨切换速度；⑩磁盘管理方面的功能等。【缺少答案，请补充】

依题意，在图1中，Duck为抽象类，描述了抽象的鸭子，方法fly()、quack()和display()分别表示不同种类的鸭子都具有飞行特征、发声特征和外观特征；而类RubberDuck、MallardDuck、CottonDuck和RedHeadDuck分别描述具体的鸭子种类；类Fly Behavior与QuackBehavior为抽象类，分别用于表示抽象的飞行行为与发声行为；类Fly NoWay与Fly WithWings分别描述不能飞行的行为和用翅膀飞行的行为；类Quack、Squeak与QuackNoWay分别描述发出“嘎嘎”声的行为、发出橡皮与空气摩擦声的行为和不发声的行为。鉴于不同的鸭子种类只是在行为方面有所区别，且为支持将来能够模拟更多种类鸭子的特征，该公司架构师最有可能采用策略（Strategy）设计模式来设计如图1所示的模拟鸭子游戏软件。 Strategy模式定义了一组能够用来表示可能行为集合的类。这些行为可以在应用程序中使用，来修改应用程序功能。Strategy（策略）模式的设计意图是，定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换，使得算法可独立于使用它的客户而变化。具体而言，该模式是一种定义一系列算法的方法，从概念上看，所有这些算法完成的都是相同的工作，只是实现不同，它可以以【缺少答案，请补充】

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