系统架构设计师教程（第2版）作为全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试指定用书，系统地介绍了系统架构设计师的基本要求，应具备的基础知识和需要掌握的知识。
系统架构设计师教程（第2版）全面阐述了系统架构设计师需掌握的各方面知识和技能，特别是对合格架构师应具备的理论与实践知识做了详细讲述。
系统架构设计师教程（第2版）是参加计算机软件水平考试—系统架构设计师考生的必备考试用书。凡通过本考试的考生，便具备了全国认可的、本行业的高级工程师资格。
前言
全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试（以下简称“计算机软件考试”）是国家级“以考代评”的考试，其目的是科学、公正地对全国计算机与软件专业技术人员进行专业资格认定和专业技术水平测试。实施多年来在社会上产生了重大的影响，我国众多IT企业已将计算机软件考试作为人员招聘的依据或主要参考，这对我国软件产业的形成、发展和人才培养做出了重要的贡献。为适应我国计算机信息技术发展的需求，人力资源和社会保障部与工业和信息化部决定将考试的级别拓展到计算机信息技术行业的各个方面，以满足社会上对各类计算机信息技术人才的需要。
系统架构设计师作为系统研发活动中的关键角色之一，近年来在国内外得到快速发展，已成为信息技术发展中的一种新职业，它对系统开发和信息化建设的重要性及给IT业所带来的影响不言而喻。在我国，随着工业2025规划的实施，国家对系统架构设计师这一职业的需求量急剧增长，技术水平要求也在不断提升，培养我国系统架构设计师队伍已迫在眉睫。目前在我国，该职业在工作内容、职责以及边界等方面还存在一定的模糊性和不确定性，需要不断地完善和成熟。本次对系统架构设计师考试大纲及教程修订工作的目的就是完善考试体系，提升新职业的技能水平，促进职业队伍的不断成熟。并根据近年来专业范围的变化及新技术的发展，本次修订融入了众多新技术、新方法，可促进系统架构设计师更加具备系统化、全面化和抽象化的能力。
本书由叶宏任主编，鲍亮、宋胜利、蔺一帅任副主编，编写人员有刘伟、王高亮、严体华、张亮和黄堡垒等。其中，第1章由叶宏编写，第2章由叶宏、黄堡垒、宋胜利、王高亮、张亮和刘伟编写，第3章由宋胜利编写，第4章由严体华编写，第5、6章由刘伟编写，第7章由蔺一帅编写，第8章由鲍亮、蔺一帅编写，第9章由刘伟编写，第10章由蔺一帅编写，第11章由鲍亮编写，第12章由宋胜利编写，第13章由蔺一帅编写，第14、15章由鲍亮编写，第16章由叶宏编写，第17章由王高亮编写，第18章由叶宏编写，第19章由鲍亮编写，第20章由蔺一帅编写。编写组按照《系统架构设计师考试大纲》的要求开展了为期三年的艰苦编著工作，
就知识点范围、教材深度、新技术选择等方面进行了多次讨论，筛选了上百个架构案例，最后由叶宏、蔺一帅统稿。编写过程中得到了张淑平等老师的极大帮助，在此表示由衷的感谢。
因水平有限，书中难免存在错漏和不妥之处，望读者指正，以利改进和提高。
编者
2022年于西安
目录
上篇
第1章绪论3
11系统架构概述3
111系统架构的定义及发展历程4
112软件架构的常用分类及建模方法9
113软件架构的应用场景13
114软件架构的发展未来13
12系统架构设计师概述14
121架构设计师的定义、职责和任务15
122架构设计师应具备的专业素质16
123架构设计师的知识结构17
13如何成为一名好的系统架构设计师18
131如何衡量一名优秀架构设计师18
132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
21计算机系统概述24
22计算机硬件25
221计算机硬件组成25
222处理器25
223存储器26
224总线27
225接口27
226外部设备27
23计算机软件28
231计算机软件概述28
232操作系统28
233数据库32
234文件系统37
235网络协议41
236中间件41
237软件构件43
238应用软件46
24嵌入式系统及软件47
241嵌入式系统的组成及特点47
242嵌入式系统的分类49
243嵌入式软件的组成及特点49
244安全攸关软件的安全性设计52
25计算机网络56
251网络的基本概念56
252通信技术59
253网络技术63
254组网技术70
255网络工程75
26计算机语言75
261计算机语言的组成75
262计算机语言的分类76
27多媒体87
271多媒体概述87
272多媒体系统的关键技术88
28系统工程91
281系统工程概述91
282系统工程方法93
283系统工程的生命周期97
284基于模型的系统工程100
IV
系统架构设计师教程（第2版）
29系统性能101
291性能指标101
292性能计算102
293性能设计102
294性能评估103
第3章信息系统基础知识105
31信息系统概述105
311信息系统的定义105
312信息系统的发展106
313信息系统的分类107
314信息系统的生命周期109
315信息系统建设原则110
316信息系统开发方法112
32业务处理系统（TPS）114
321业务处理系统的概念114
322业务处理系统的功能115
323业务处理系统的特点118
33管理信息系统（MIS）119
331管理信息系统的概念119
332管理信息系统的功能120
333管理信息系统的组成121
34决策支持系统（DSS）123
341决策支持系统的概念123
342决策支持系统的功能125
343决策支持系统的特点126
344决策支持系统的组成126
35专家系统（ES）128
351专家系统的概念128
352专家系统的特点129
353专家系统的组成130
36办公自动化系统（OAS）133
361办公自动化系统的概念133
362办公自动化系统的功能134
363办公自动化系统的组成135
37企业资源规划（ERP）136
371企业资源规划的概念136
372企业资源规划的结构136
373企业资源规划的功能139
38典型信息系统架构模型139
381政府信息化与电子政务139
382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
41信息安全基础知识145
411信息安全的概念145
412信息存储安全146
413网络安全147
42信息系统安全的作用与意义148
43信息安全系统的组成框架149
431技术体系149
432组织机构体系150
433管理体系150
44信息加解密技术150
441数据加密150
442对称密钥加密算法151
443非对称密钥加密算法152
45密钥管理技术153
451对称密钥的分配与管理153
452公钥加密体制的密钥管理155
453公钥加密分配单钥密码体制的密钥155
46访问控制及数字签名技术156
461访问控制技术156
462数字签名158
47信息安全的抗攻击技术160
471密钥的选择160
472拒绝服务攻击与防御161
473欺骗攻击与防御163
474端口扫描165
V
475强化TCP/IP堆栈以抵御拒绝服务
攻击167
476系统漏洞扫描168
48信息安全的保障体系与评估方法170
481计算机信息系统安全保护等级170
482安全风险管理170
第5章软件工程基础知识175
51软件工程175
511软件工程定义175
512软件过程模型176
513敏捷模型179
514统一过程模型（RUP）182
515软件能力成熟度模型184
52需求工程185
521需求获取187
522需求变更189
523需求追踪192
53系统分析与设计192
531结构化方法192
532面向对象方法200
54软件测试205
541测试方法205
542测试阶段206
55净室软件工程208
551理论基础208
552技术手段209
553应用与缺点209
56基于构件的软件工程210
561构件和构件模型210
562CBSE过程211
563构件组装212
57软件项目管理213
571项目管理概述213
572软件进度管理213
573软件配置管理215
574软件质量管理215
575软件风险管理217
第6章数据库设计基础知识218
61数据库基本概念218
611数据库技术的发展218
612数据模型220
613数据库管理系统221
614数据库三级模式223
62关系数据库224
621关系数据库基本概念224
622关系运算227
623关系数据库设计基本理论231
63数据库设计234
631数据库设计的基本步骤234
632数据需求分析235
633概念结构设计235
634逻辑结构设计237
635物理设计239
636数据库实施241
637数据库运行维护242
64应用程序与数据库的交互243
641库函数级别访问接口243
642嵌入SQL访问接口243
643通用数据接口标准244
644ORM访问接口245
65NoSQL数据库246
651分类与特点246
652体系框架247
第7章系统架构设计基础知识248
71软件架构概念248
711软件架构的定义248
712软件架构设计与生命周期248
713软件架构的重要性252
72基于架构的软件开发方法254
721体系结构的设计方法概述254
722概念与术语254
723基于体系结构的开发模型255
724体系结构需求255
725体系结构设计256
726体系结构文档化257
727体系结构复审257
728体系结构实现258
729体系结构的演化258
73软件架构风格259
731软件架构风格概述259
732数据流体系结构风格259
733调用/返回体系结构风格260
734以数据为中心的体系结构风格262
735虚拟机体系结构风格263
736独立构件体系结构风格264
74软件架构复用265
741软件架构复用的定义及分类265
742软件架构复用的原因265
743软件架构复用的对象及形式265
744软件架构复用的基本过程266
75特定领域软件体系结构267
751DSSA的定义267
752DSSA的基本活动268
753参与DSSA的人员269
754DSSA的建立过程269
第8章系统质量属性与架构评估271
81软件系统质量属性271
811质量属性概念271
812面向架构评估的质量属性272
813质量属性场景描述274
82系统架构评估277
821系统架构评估中的重要概念278
822系统架构评估方法279
83ATAM方法架构评估实践289
831阶段1—演示（Presentation）289
832阶段2—调查和分析292
833阶段3—测试299
834阶段4—报告ATAM304
第9章软件可靠性基础知识305
91软件可靠性基本概念305
911软件可靠性定义305
912软件可靠性的定量描述307
913可靠性目标309
914可靠性测试的意义310
915广义的可靠性测试与狭义的可靠性
测试311
92软件可靠性建模312
921影响软件可靠性的因素312
922软件可靠性的建模方法312
923软件的可靠性模型分类314
93软件可靠性管理316
94软件可靠性设计318
941容错设计技术319
942检错技术320
943降低复杂度设计320
944系统配置技术321
95软件可靠性测试322
951软件可靠性测试概述322
952定义软件运行剖面322
953可靠性测试用例设计323
954可靠性测试的实施324
96软件可靠性评价326
961软件可靠性评价概述326
962怎样选择可靠性模型326
963可靠性数据的收集327
964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
101软件架构演化和定义的关系330
1011演化的重要性330
1012演化和定义的关系331
102面向对象软件架构演化过程331
1021对象演化331
1022消息演化332
1023复合片段演化334
1024约束演化336
103软件架构演化方式的分类336
1031软件架构演化时期336
1032软件架构静态演化337
1033软件架构动态演化340
104软件架构演化原则347
105软件架构演化评估方法351
1051演化过程已知的评估351
1052演化过程未知的评估354
106大型网站系统架构演化实例354
1061第一阶段：单体架构355
1062第二阶段：垂直架构355
1063第三阶段：使用缓存改善网站
性能355
1064第四阶段：使用服务集群改善
网站并发处理能力356
1065第五阶段：数据库读写分离357
1066第六阶段：使用反向代理和
CDN加速网站响应358
1067第七阶段：使用分布式文件系统
和分布式数据库系统359
1068第八阶段：使用NoSQL和
搜索引擎359
1069第九阶段：业务拆分360
10610第十阶段：分布式服务361
107软件架构维护362
1071软件架构知识管理362
1072软件架构修改管理363
1073软件架构版本管理363
1074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
111信息物理系统技术概述369
1111信息物理系统的概念369
1112CPS的实现370
1113信息物理系统的建设和应用372
112人工智能技术概述374
1121人工智能的概念374
1122人工智能的发展历程375
1123人工智能关键技术376
113机器人技术概述380
1131机器人的概念380
1132机器人的定义和发展历程380
1133机器人40的核心技术381
1134机器人的分类383
114边缘计算概述384
1141边缘计算概念384
1142边缘计算的定义385
1143边缘计算的特点386
1144边云协同386
1145边缘计算的安全387
1146边缘计算应用场合388
115数字孪生体技术概述390
1151数字孪生体发展历程390
1152数字孪生体的定义391
1153数字孪生体的关键技术392
1154数字孪生体的应用393
116云计算和大数据技术概述394
1161云计算技术概述395
1162大数据技术概述398
下篇
第12章信息系统架构设计理论与实践405
121信息系统架构基本概念及发展405
1211信息系统架构的概述405
1212信息系统架构的发展406
1213信息系统架构的定义406
122信息系统架构408
1221架构风格408
1222信息系统架构分类408
1223信息系统架构的一般原理410
1224信息系统常用4种架构模型411
1225企业信息系统的总体框架415
123信息系统架构设计方法417
1231ADM架构开发方法417
1232信息化总体架构方法433
124信息系统架构案例分析438
1241价值驱动的体系结构—连接
产品策略与体系结构438
1242Web服务在HL7上的应用—
Web服务基础实现框架441
1243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
131层次式体系结构概述451
132表现层框架设计453
1321表现层设计模式453
1322使用XML设计表现层，统一
WebForm与WindowsForm的外观455
1323表现层中UIP设计思想456
1324表现层动态生成设计思想458
133中间层架构设计458
1331业务逻辑层组件设计458
1332业务逻辑层工作流设计459
1333业务逻辑层实体设计460
1334业务逻辑层框架463
134数据访问层设计464
13415种数据访问模式464
1342工厂模式在数据访问层应用466
1343ORM、Hibernate与CMP20
设计思想469
1344灵活运用XMLSchema470
1345事务处理设计471
1346连接对象管理设计473
135数据架构规划与设计473
1351数据库设计与类的设计融合473
1352数据库设计与XML设计融合474
136物联网层次架构设计475
137层次式架构案例分析476
1371电子商务网站（网上商店
PetShop）476
1372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
141云原生架构产生背景482
142云原生架构内涵484
1421云原生架构定义484
1422云原生架构原则486
1423主要架构模式488
1424典型的云原生架构反模式491
1431容器技术492
1432云原生微服务494
1433无服务器技术496
1434服务网格498
144云原生架构案例分析500
1441某旅行公司云原生改造500
1442云原生技术助力某汽车公司数字
化转型实践502
1443某快递公司核心业务系统云原生
改造504
1444某电商业务云原生改造507
1445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
1511SOA的定义512
1512业务流程与BPEL512
152SOA的发展历史513
1521SOA的发展历史513
1522国内SOA的发展现状与国外对比514
1523SOA的微服务化发展515
153SOA的参考架构516
154SOA主要协议和规范521
1541UDDI协议522
1542WSDL规范522
1543SOAP协议523
1544REST规范524
155SOA设计的标准要求525
1551文档标准化525
1552通信协议标准525
1553应用程序统一登记与集成525
1554服务质量（QoS）525
156SOA的作用526
157SOA的设计原则527
158SOA的设计模式528
1581服务注册表模式528
1582企业服务总线模式529
1583案例研究530
1584微服务模式531
159构建SOA架构时应该注意的问题534
1591原有系统架构中的集成需求534
1592服务粒度的控制以及无状态服务
的设计535
1510SOA实施的过程536
15101选择SOA解决方案536
15102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
161嵌入式系统概述541
1611嵌入式系统发展历程541
1612嵌入式系统硬件体系结构541
1613嵌入式软件架构概述548
162嵌入式系统软件架构原理与特征550
1621两种典型的嵌入式系统架构模式550
1622嵌入式操作系统551
1623嵌入式数据库565
1624嵌入式中间件573
1625嵌入式系统软件开发环境578
163嵌入式系统软件架构设计方法583
1631基于架构的软件设计开发方法
的应用583
1632属性驱动的软件设计方法583
1633实时系统设计方法587
164嵌入式系统软件架构案例分析590
1641鸿蒙操作系统架构案例分析590
1642面向安全攸关系统的跨领域
GENESYS系统架构案例分析593
1643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
171通信系统概述599
172通信系统网络架构599
1721局域网网络架构599
1722广域网网络架构603
1723移动通信网网络架构607
1724存储网络架构609
1725软件定义网络架构611
173网络构建关键技术612
1731网络高可用设计612
1732IPv4与IPv6融合组网技术614
1733SDN技术616
174网络构建和设计方法617
1741网络需求分析617
1742网络技术遴选及设计618
1743网络安全622
1744绿色网络设计方法624
175通信网络构建案例分析626
1751高可用网络构建分析626
1752园区网双栈构建分析630
17535G网络应用631
第18章安全架构设计理论与实践633
181安全架构概述633
1811信息安全面临的威胁633
1812安全架构的定义和范围635
及组织635
182安全模型638
1821状态机模型639
1822Bell-LaPadula模型640
1823Biba模型641
1824Clark-Wilson模型642
1825ChineseWall模型643
183系统安全体系架构规划框架644
1831安全技术体系架构644
1832信息系统安全体系规划645
1833信息系统安全规划框架646
184信息安全整体架构设计（WPDRRC模型）648
1841WPDRRC信息安全体系架构模型648
1842信息安全体系架构设计649
185网络安全体系架构设计653
1851OSI的安全体系架构概述653
1852认证框架656
1853访问控制框架657
1854机密性框架658
1855完整性框架659
1856抗抵赖框架659
186数据库系统的安全设计661
1861数据库安全设计的评估标准661
1862数据库的完整性设计662
187系统架构的脆弱性分析664
1871概述664
1872软件脆弱性665
1873典型软件架构的脆弱性分析668
188安全架构设计案例分析671
1881电子商务系统的安全性设计671
1882基于混合云的工业安全架构设计674
第19章大数据架构设计理论与实践676
191传统数据处理系统存在的问题676
192大数据处理系统架构分析678
1921大数据处理系统面临挑战678
1922大数据处理系统架构特征679
193Lambda架构680
1931Lambda架构对大数据处理系统
的理解680
1932Lambda架构应用场景680
1933Lambda架构介绍681
1934Lambda架构的实现684
1935Lambda架构优缺点685
1936Lambda与其他架构模式对比685
194Kappa架构686
1941Kappa架构下对大数据处理系统
的理解686
1942Kappa架构介绍687
1943Kappa架构的实现688
1944Kappa架构的优缺点688
1945常见Kappa架构变形689
195Lambda架构与Kappa架构的对比和
设计选择690
1951Lambda架构与Kappa架构的特性
对比690
1952Lambda架构与Kappa架构的设计
选择692
196大数据架构设计案例分析692
1961Lambda架构在某网奥运中的
大数据应用692
应用与演进694
1963某证券公司大数据系统697
1964某电商智能决策大数据系统699
第20章系统架构设计师论文写作要点702
201写作注意事项702
2011做好准备工作702
2012论文写作格式703
202如何解答试题704
2021论文解答步骤705
2022论文解答实例705
203论文写作方法708
2031如何写好摘要708
2032如何写好正文709
2033摘要和正文的关系711
204常见问题及解决办法711
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