[正版新书](套装)系统架构设计师(第2版)——教程+大纲+试题分析(套装共3册) 叶宏 清华大学出版社 计算机

《系统架构设计师教程》（第2版）目 录

上 篇

第1章 绪论 ······································3

1.1系统架构概述.....................................................3

1.1.1系统架构的定义及发展历程.................4

1.1.2软件架构的常用分类及建模方法.........9

1.1.3软件架构的应用场景...........................13

1.1.4软件架构的发展未来...........................13

1.2系统架构设计师概述.......................................14

1.2.1架构设计师的定义、职责和任务.......15

1.2.2架构设计师应具备的专业素质...........16

1.2.3架构设计师的知识结构.......................17

1.3如何成为一名好的系统架构设计师...............18

1.3.1如何衡量一名优秀架构设计师...........18

1.3.2从工程师到系统架构设计师的演化...20

第2章 计算机系统基础知识 ················24

2.1计算机系统概述...............................................24

2.2计算机硬件.......................................................25

2.2.1计算机硬件组成...................................25

2.2.2处理器...................................................25

2.2.3存储器...................................................26

2.2.4总线.......................................................27

2.2.5接口.......................................................27

2.2.6外部设备...............................................27

2.3计算机软件.......................................................28

2.3.1计算机软件概述...................................28

2.3.2操作系统...............................................28

2.3.3数据库...................................................32

2.3.4文件系统...............................................37

2.3.5网络协议...............................................41

2.3.6中间件...................................................41

2.3.7软件构件...............................................43

2.3.8应用软件...............................................46

2.4嵌入式系统及软件...........................................47

2.4.1嵌入式系统的组成及特点...................47

2.4.2嵌入式系统的分类...............................49

2.4.3嵌入式软件的组成及特点...................49

2.4.4安全攸关软件的安全性设计...............52

2.5计算机网络.......................................................56

2.5.1网络的基本概念...................................56

2.5.2通信技术...............................................59

2.5.3网络技术...............................................63

2.5.4组网技术...............................................70

2.5.5网络工程...............................................75

2.6计算机语言.......................................................75

2.6.1计算机语言的组成...............................75

2.6.2计算机语言的分类...............................76

2.7多媒体...............................................................87

2.7.1多媒体概述...........................................87

2.7.2多媒体系统的关键技术.......................88

2.8系统工程...........................................................91

2.8.1系统工程概述.......................................91

2.8.2系统工程方法.......................................93

2.8.3系统工程的生命周期...........................97

2.8.4基于模型的系统工程.........................100

2.9系统性能.........................................................101

2.9.1性能指标.............................................101

2.9.2性能计算.............................................102

2.9.3性能设计.............................................102

2.9.4性能评估.............................................103

第3章 信息系统基础知识 ·················105

3.1信息系统概述.................................................105

3.1.1信息系统的定义.................................105

3.1.2信息系统的发展.................................106

3.1.3信息系统的分类.................................107

3.1.4信息系统的生命周期.........................109

3.1.5信息系统建设原则.............................110

3.1.6信息系统开发方法.............................112

3.2业务处理系统（TPS）....................................114

3.2.1业务处理系统的概念.........................114

3.2.2业务处理系统的功能.........................115

3.2.3业务处理系统的特点.........................118

3.3管理信息系统（MIS）...................................119

3.3.1管理信息系统的概念.........................119

3.2管理信息系统的功能.........................120

3.3.3管理信息系统的组成.........................121

3.4决策支持系统（DSS）...................................123

3.4.1决策支持系统的概念.........................123

3.4.2决策支持系统的功能.........................125

3.4.3决策支持系统的特点.........................126

3.4.4决策支持系统的组成.........................126

3.5专家系统（ES）..............................................128

3.5.1专家系统的概念.................................128

3.5.2专家系统的特点.................................129

3.5.3专家系统的组成.................................130

3.6办公自动化系统（OAS）...............................133

3.6.1办公自动化系统的概念.....................133

3.6.2办公自动化系统的功能.....................134

3.6.3办公自动化系统的组成.....................135

3.7企业资源规划（ERP）...................................136

3.7.1企业资源规划的概念.........................136

3.7.2企业资源规划的结构.........................136

3.7.3企业资源规划的功能.........................139

3.8典型信息系统架构模型.................................139

3.8.1政府信息化与电子政务.....................139

3.8.2企业信息化与电子商务.....................142

第4章 信息安全技术基础知识 ···········145

4.1信息安全基础知识.........................................145

4.1.1信息安全的概念.................................145

4.1.2信息存储安全.....................................146

4.1.3网络安全.............................................147

4.2信息系统安全的作用与意义.........................148

4.3信息安全系统的组成框架.............................149

4.3.1技术体系.............................................149

4.3.2组织机构体系.....................................150

4.3.3管理体系.............................................150

4.4信息加解密技术.............................................150

4.4.1数据加密.............................................150

4.4.2对称密钥加密算法.............................151

4.4.3非对称密钥加密算法.........................152

4.5密钥管理技术.................................................153

4.5.1对称密钥的分配与管理.....................153

4.5.2公钥加密体制的密钥管理.................155

4.5.3公钥加密分配单钥密码体制的密钥...155

4.6访问控制及数字签名技术.............................156

4.6.1访问控制技术.....................................156

4.6.2数字签名.............................................158

4.7信息安全的抗攻击技术.................................160

4.7.1密钥的选择.........................................160

4.7.2拒绝服务攻击与防御.........................161

4.7.3欺骗攻击与防御.................................163

4.7.4端口扫描.............................................165

4.7.5强化TCP/IP堆栈以抵御拒绝服务攻击.....................................................167

4.7.6系统漏洞扫描.....................................168

4.8信息安全的保障体系与评估方法.................170

4.8.1计算机信息系统安全保护等级.........170

4.8.2安全风险管理.....................................170

第5章 软件工程基础知识 ·················175

5.1软件工程.........................................................175

5.1.1软件工程定义.....................................175

5.1.2软件过程模型.....................................176

5.1.3敏捷模型.............................................179

5.1.4统一过程模型（RUP）.....................182

5.1.5软件能力成熟度模型.........................184

5.2需求工程.........................................................185

5.2.1需求获取.............................................187

5.2.2需求变更.............................................189

5.2.3需求追踪.............................................192

5.3系统分析与设计.............................................192

5.3.1结构化方法.........................................192

5.3.2面向对象方法.....................................200

5.4软件测试.........................................................205

5.4.1测试方法.............................................205

5.4.2测试阶段.............................................206

5.5净室软件工程.................................................208

5.5.1理论基础.............................................208

5.5.2技术手段.............................................209

5.5.3应用与缺点.........................................209

5.6基于构件的软件工程.....................................210

5.6.1构件和构件模型.................................210

5.6.2CBSE过程...........................................211

5.6.3构件组装.............................................212

5.7软件项目管理.................................................213

5.7.1项目管理概述.....................................213

5.7.2软件进度管理.....................................213

5.7.3软件配置管理.....................................215

5.7.4软件质量管理.....................................215

5.7.5软件风险管理.....................................217

第6章 数据库设计基础知识 ··············218

6.1数据库基本概念.............................................218

6.1.1数据库技术的发展.............................218

6.1.2数据模型.............................................220

6.1.3数据库管理系统.................................221

6.1.4数据库三级模式.................................223

6.2关系数据库.....................................................224

6.2.1关系数据库基本概念.........................224

6.2.2关系运算.............................................227

6.2.3关系数据库设计基本理论.................231

6.3数据库设计.....................................................234

6.3.1数据库设计的基本步骤.....................234

6.3.2数据需求分析.....................................235

6.3.3概念结构设计.....................................235

6.3.4逻辑结构设计.....................................237

6.3.5物理设计.............................................239

6.3.6数据库实施.........................................241

6.3.7数据库运行维护.................................242

6.4应用程序与数据库的交互.............................243

6.4.1库函数级别访问接口.........................243

6.4.2嵌入SQL访问接口.............................243

6.4.3通用数据接口标准.............................244

6.4.4ORM访问接口...................................245

6.5NoSQL数据库...............................................246

6.5.1分类与特点.........................................246

6.5.2体系框架.............................................247

第7章 系统架构设计基础知识 ···········248

7.1软件架构概念.................................................248

7.1.1软件架构的定义.................................248

7.1.2软件架构设计与生命周期.................248

7.1.3软件架构的重要性.............................252

7.2基于架构的软件开发方法.............................254

7.2.1体系结构的设计方法概述.................254

7.2.2概念与术语.........................................254

7.2.3基于体系结构的开发模型.................255

7.2.4体系结构需求.....................................255

7.2.5体系结构设计.....................................256

7.2.6体系结构文档化.................................257

7.2.7体系结构复审.....................................257

7.2.8体系结构实现.....................................258

7.2.9体系结构的演化.................................258

7.3软件架构风格.................................................259

7.3.1软件架构风格概述.............................259

7.3.2数据流体系结构风格.........................259

7.3.3调用/返回体系结构风格...................260

7.3.4以数据为中心的体系结构风格.........262

7.3.5虚拟机体系结构风格.........................263

7.3.6独立构件体系结构风格.....................264

7.4软件架构复用.................................................265

7.4.1软件架构复用的定义及分类.............265

7.4.2软件架构复用的原因.........................265

7.4.3软件架构复用的对象及形式.............265

7.4.4软件架构复用的基本过程.................266

7.5特定领域软件体系结构.................................267

7.5.1DSSA的定义......................................267

7.5.2DSSA的基本活动..............................268

7.5.3参与DSSA的人员..............................269

7.5.4DSSA的建立过程..............................269

第8章 系统质量属性与架构评估 ········271

8.1软件系统质量属性.........................................271

8.1.1质量属性概念.....................................271

8.1.2面向架构评估的质量属性.................272

8.1.3质量属性场景描述.............................274

8.2系统架构评估.................................................277

8.2.1系统架构评估中的重要概念.............278

8.2.2系统架构评估方法.............................279

8.3ATAM方法架构评估实践.............................289

8.3.1阶段1—演示（Presentation）.......289

8.3.2阶段2—调查和分析.......................292

8.3.3阶段3—测试...................................299

8.3.4阶段4—报告ATAM........................304

第9章 软件可靠性基础知识 ··············305

9.1软件可靠性基本概念.....................................305

9.1.1软件可靠性定义.................................305

9.1.2软件可靠性的定量描述.....................307

9.1.3可靠性目标.........................................309

9.1.4可靠性测试的意义.............................310

9.1.5广义的可靠性测试与狭义的可靠性测试.....................................................311

9.2软件可靠性建模.............................................312

9.2.1影响软件可靠性的因素.....................312

9.2.2软件可靠性的建模方法.....................312

9.2.3软件的可靠性模型分类.....................314

9.3软件可靠性管理.............................................316

9.4软件可靠性设计.............................................318

9.4.1容错设计技术.....................................319

9.4.2检错技术.............................................320

9.4.3降低复杂度设计.................................320

9.4.4系统配置技术.....................................321

9.5软件可靠性测试.............................................322

9.5.1软件可靠性测试概述.........................322

9.5.2定义软件运行剖面.............................322

9.5.3可靠性测试用例设计.........................323

9.5.4可靠性测试的实施.............................324

9.6软件可靠性评价.............................................326

9.6.1软件可靠性评价概述.........................326

9.6.2怎样选择可靠性模型.........................326

9.6.3可靠性数据的收集.............................327

9.6.4软件可靠性的评估和预测.................328

第10章 软件架构的演化和维护 ··········330

10.1软件架构演化和定义的关系........................330

10.1.1演化的重要性...................................330

10.1.2演化和定义的关系...........................331

10.2面向对象软件架构演化过程........................331

10.2.1对象演化...........................................331

10.2.2消息演化...........................................332

10.2.3复合片段演化...................................334

10.2.4约束演化...........................................336

10.3软件架构演化方式的分类............................336

10.3.1软件架构演化时期...........................336

10.3.2软件架构静态演化...........................337

10.3.3软件架构动态演化...........................340

10.4软件架构演化原则........................................347

10.5软件架构演化评估方法................................351

10.5.1演化过程已知的评估.......................351

10.5.2演化过程未知的评估.......................354

10.6大型网站系统架构演化实例........................354

10.6.1第一阶段：单体架构.......................355

10.6.2第二阶段：垂直架构.......................355

10.6.3第三阶段：使用缓存改善网站性能...................................................355

10.6.4第四阶段：使用服务集群改善网站并发处理能力...........................356

10.6.5第五阶段：数据库读写分离...........357

10.6.6第六阶段：使用反向代理和CDN加速网站响应.........................358

10.6.7第七阶段：使用分布式文件系统

 和分布式数据库系统 .......................359

10.6.8第八阶段：使用NoSQL和搜索引擎...........................................359

10.6.9第九阶段：业务拆分.......................360

10.6.10第十阶段：分布式服务.................361

10.7软件架构维护................................................362

10.7.1软件架构知识管理...........................362

10.7.2软件架构修改管理...........................363

10.7.3软件架构版本管理...........................363

10.7.4软件架构可维护性度量实践...........364

第11章 未来信息综合技术 ················369

11.1信息物理系统技术概述................................369

11.1.1信息物理系统的概念.......................369

11.1.2CPS的实现........................................370

11.1.3信息物理系统的建设和应用...........372

11.2人工智能技术概述........................................374

11.2.1人工智能的概念...............................374

11.2.2人工智能的发展历程.......................375

11.2.3人工智能关键技术...........................376

11.3机器人技术概述............................................380

11.3.1机器人的概念...................................380

11.3.2机器人的定义和发展历程...............380

11.3.3机器人4.0的核心技术......................381

11.3.4机器人的分类...................................383

11.4边缘计算概述................................................384

11.4.1边缘计算概念...................................384

11.4.2边缘计算的定义...............................385

11.4.3边缘计算的特点...............................386

11.4.4边云协同...........................................386

11.4.5边缘计算的安全...............................387

11.4.6边缘计算应用场合...........................388

11.5数字孪生体技术概述....................................390

11.5.1数字孪生体发展历程.......................390

11.5.2数字孪生体的定义...........................391

11.5.3数字孪生体的关键技术...................392

11.5.4数字孪生体的应用...........................393

11.6云计算和大数据技术概述............................394

11.6.1云计算技术概述...............................395

11.6.2大数据技术概述...............................398

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第12章 信息系统架构设计理论与实践 ··405

12.1信息系统架构基本概念及发展....................405

12.1.1信息系统架构的概述.......................405

12.1.2信息系统架构的发展.......................406

12.1.3信息系统架构的定义.......................406

12.2信息系统架构................................................408

12.2.1架构风格...........................................408

12.2.2信息系统架构分类...........................408

12.2.3信息系统架构的一般原理...............410

12.2.4信息系统常用4种架构模型.............411

12.2.5企业信息系统的总体框架...............415

12.3信息系统架构设计方法................................417

12.3.1ADM架构开发方法........................417

12.3.2信息化总体架构方法.......................433

12.4信息系统架构案例分析................................438

12.4.1价值驱动的体系结构—连接产品策略与体系结构......................438

12.4.2Web服务在HL7上的应用—Web服务基础实现框架...................441

12.4.3以服务为中心的企业整合...............446

第13章 层次式架构设计理论与实践 ·····451

13.1层次式体系结构概述....................................451

13.2表现层框架设计............................................453

13.2.1表现层设计模式...............................453

13.2.2使用XML设计表现层，统一Web Form与Windows Form的外观.....455

13.2.3表现层中UIP设计思想....................456

13.2.4表现层动态生成设计思想...............458

13.3中间层架构设计............................................458

13.3.1业务逻辑层组件设计.......................458

13.3.2业务逻辑层工作流设计...................459

13.3.3业务逻辑层实体设计.......................460

13.3.4业务逻辑层框架...............................463

13.4数据访问层设计............................................464

13.4.15种数据访问模式.............................464

13.4.2工厂模式在数据访问层应用...........466

13.4.3ORM、Hibernate与CMP2.0设计思想...........................................469

13.4.4灵活运用XML Schema ....................470

13.4.5事务处理设计...................................471

13.4.6连接对象管理设计..........................473

13.5数据架构规划与设计....................................473

13.5.1数据库设计与类的设计融合...........473

13.5.2数据库设计与XML设计融合..........474

13.6物联网层次架构设计....................................475

13.7层次式架构案例分析....................................476

13.7.1电子商务网站（网上商店PetShop）.........................................476

13.7.2基于物联网架构的电子小票服务系统...................................................480

第14章 云原生架构设计理论与实践 ········482

14.1云原生架构产生背景....................................482

14.2云原生架构内涵............................................484

14.2.1云原生架构定义...............................484

14.2.2云原生架构原则...............................486

14.2.3主要架构模式...................................488

14.2.4典型的云原生架构反模式...............491

14.3云原生架构相关技术....................................492

14.3.1容器技术...........................................492

14.3.2云原生微服务...................................494

14.3.3无服务器技术...................................496

14.3.4服务网格...........................................498

14.4云原生架构案例分析....................................500

14.4.1某旅行公司云原生改造...................500

14.4.2云原生技术助力某汽车公司数字化转型实践.......................................502

14.4.3某快递公司核心业务系统云原生改造...................................................504

14.4.4某电商业务云原生改造...................507

14.4.5某体育用品公司基于云原生架构的业务中台构建...............................508

第15章 面向服务架构设计理论与实践 ··512

15.1SOA的相关概念...........................................512

15.1.1SOA的定义.......................................512

15.1.2业务流程与BPEL .............................512

15.2SOA的发展历史...........................................513

15.2.1SOA的发展历史...............................513

15.2.2国内SOA的发展现状与国外对比...514

15.2.3SOA的微服务化发展.......................515

15.3SOA的参考架构...........................................516

15.4SOA主要协议和规范...................................521

15.4.1UDDI协议.........................................522

15.4.2WSDL规范.......................................522

15.4.3SOAP协议........................................523

15.4.4REST规范.........................................524

15.5SOA设计的标准要求...................................525

15.5.1文档标准化.......................................525

15.5.2通信协议标准...................................525

15.5.3应用程序统一登记与集成...............525

15.5.4服务质量（QoS）...........................525

15.6SOA的作用...................................................526

15.7SOA的设计原则...........................................527

15.8SOA的设计模式...........................................528

15.8.1服务注册表模式...............................528

15.8.2企业服务总线模式...........................529

15.8.3案例研究...........................................530

15.8.4微服务模式.......................................531

15.9构建SOA架构时应该注意的问题..............534

15.9.1原有系统架构中的集成需求...........534

15.9.2服务粒度的控制以及无状态服务的设计...............................................535

15.10SOA实施的过程.........................................536

15.10.1选择SOA解决方案.........................536

15.10.2业务流程分析.................................537

第16章 嵌入式系统架构设计理论与实践 ···541

16.1嵌入式系统概述............................................541

16.1.1嵌入式系统发展历程.......................541

16.1.2嵌入式系统硬件体系结构...............541

16.1.3嵌入式软件架构概述.......................548

16.2嵌入式系统软件架构原理与特征................550

16.2.1两种典型的嵌入式系统架构模式...550

16.2.2嵌入式操作系统...............................551

16.2.3嵌入式数据库...................................565

16.2.4嵌入式中间件...................................573

16.2.5嵌入式系统软件开发环境...............578

16.3嵌入式系统软件架构设计方法....................583

16.3.1基于架构的软件设计开发方法的应用...............................................583

16.3.2属性驱动的软件设计方法...............583

16.3.3实时系统设计方法...........................587

16.4嵌入式系统软件架构案例分析....................590

16.4.1鸿蒙操作系统架构案例分析...........590

16.4.2面向安全攸关系统的跨领域GENESYS系统架构案例分析.........593

16.4.3物联网操作系统软件架构案例分析...................................................597

第17章 通信系统架构设计理论与实践 ··599

17.1通信系统概述................................................599

17.2通信系统网络架构........................................599

17.2.1局域网网络架构...............................599

17.2.2广域网网络架构...............................603

17.2.3移动通信网网络架构.......................607

17.2.4存储网络架构...................................609

17.2.5软件定义网络架构...........................611

17.3网络构建关键技术........................................612

17.3.1网络高可用设计...............................612

17.3.2IPv4与IPv6融合组网技术...............614

17.3.3SDN技术...........................................616

17.4网络构建和设计方法....................................617

17.4.1网络需求分析...................................617

17.4.2网络技术遴选及设计.......................618

17.4.3网络安全...........................................622

17.4.4绿色网络设计方法...........................624

17.5通信网络构建案例分析................................626

17.5.1高可用网络构建分析.......................626

17.5.2园区网双栈构建分析.......................630

17.5.35G网络应用......................................631

第18章 安全架构设计理论与实践 ·······633

18.1安全架构概述................................................633

18.1.1信息安全面临的威胁.......................633

18.1.2安全架构的定义和范围...................635

18.1.3与信息安全相关的国内外标准及组织...............................................635

18.2安全模型........................................................638

18.2.1状态机模型.......................................639

18.2.2Bell-LaPadula模型...........................640

18.2.3Biba模型...........................................641

18.2.4Clark-Wilson模型.............................642

18.2.5Chinese Wall模型.............................643

18.3系统安全体系架构规划框架........................644

18.3.1安全技术体系架构...........................644

18.3.2信息系统安全体系规划...................645

18.3.3信息系统安全规划框架...................646

18.4信息安全整体架构设计（WPDRRC模型）...648

18.4.1WPDRRC信息安全体系架构模型..648

18.4.2信息安全体系架构设计...................649

18.5网络安全体系架构设计................................653

18.5.1OSI的安全体系架构概述................653

18.5.2认证框架...........................................656

18.5.3访问控制框架...................................657

18.5.4机密性框架.......................................658

18.5.5完整性框架.......................................659

18.5.6抗抵赖框架.......................................659

18.6数据库系统的安全设计................................661

18.6.1数据库安全设计的评估标准...........661

18.6.2数据库的完整性设计.......................662

18.7系统架构的脆弱性分析................................664

18.7.1概述...................................................664