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系统架构设计师考试是计算机软件水平考试的高级职称考试，《系统架构设计师教程》（第2版）是根据2022年审定通过的新大纲要求全新改版，是参加该级别考试的考生备考所需的官方学习资料。
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| 內容簡介： |
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。
全书分上、下两篇，共计 20 章。上篇为综合知识，介绍了系统架构设计师应熟练掌握的基本知识，主要包括绪论、计算机系统、信息系统、信息安全技术、软件工程、数据库设计、系统架构设计、系统质量属性与架构评估、软件可靠性、软件架构的演化和维护、未来信息综合技术等诸多基本知识和方法。下篇为案例分析，分门别类地详细介绍了系统架构设计的相关理论、方法和案例分析，主要包括信息系统架构、层次式架构、云原生架构、面向服务架构、嵌入式系统架构、通信系统架构、安全架构和大数据架构等诸多设计理论和案例。
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。
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| 目錄：
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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
目 录
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
562 CBSE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
644 ORM访问接口 245
65 NoSQL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
系统架构设计师教程（第2版）
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
751 DSSA的定义 267
752 DSSA的基本活动 268
753 参与DSSA的人员 269
754 DSSA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
83 ATAM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
1112 CPS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
系统架构设计师教程（第2版）
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
1231 ADM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
1242 Web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
Web Form与Windows Form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
1341 5种数据访问模式 464
1342 工厂模式在数据访问层应用 466
1343 ORM、Hibernate与CMP20
设计思想 469
1344 灵活运用XML Schema 470
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
143 云原生架构相关技术 492
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
151 SOA的相关概念 512
1511 SOA的定义 512
1512 业务流程与BPEL 512
152 SOA的发展历史 513
1521 SOA的发展历史 513
1522 国内SOA的发展现状与国外对比 514
1523 SOA的微服务化发展 515
153 SOA的参考架构 516
154 SOA主要协议和规范 521
1541 UDDI协议 522
1542 WSDL规范 522
1543 SOAP协议 523
1544 REST规范 524
155 SOA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
156 SOA的作用 526
157 SOA的设计原则 527
158 SOA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
1510 SOA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
系统架构设计师教程（第2版）
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
1732 IPv4与IPv6融合组网技术 614
1733 SDN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
1753 5G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
1813 与信息安全相关的国内外标准
及组织 635
182 安全模型 638
1821 状态机模型 639
1822 Bell-LaPadula模型 640
1823 Biba模型 641
1824 Clark-Wilson模型 642
1825 Chinese Wall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
1841 WPDRRC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
1851 OSI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
193 Lambda架构 680
1931 Lambda架构对大数据处理系统
的理解 680
1932 Lambda架构应用场景 680
1933 Lambda架构介绍 681
1934 Lambda架构的实现 684
1935 Lambda架构优缺点 685
1936 Lambda与其他架构模式对比 685
194 Kappa架构 686
1941 Kappa架构下对大数据处理系统
的理解 686
1942 Kappa架构介绍 687
1943 Kappa架构的实现 688
1944 Kappa架构的优缺点 688
1945 常见Kappa架构变形 689
195 Lambda架构与Kappa架构的对比和
设计选择690
1951 Lambda架构与Kappa架构的特性
对比 690
1952 Lambda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
1961 Lambda架构在某网奥运中的
大数据应用 692
1962 Lambda架构在某网广告平台的
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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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。
在本书的编写过程中，参考并引用了许多相关的书籍、资料和互联网发布的信息，编者
在此对这些文献的作者表示感谢。同时感谢清华大学出版社在本书出版过程中所给予的支持和
帮助。
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
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