系统架构设计师教程第2版由全国计算机专业技术资格考试办公室组编，叶宏主编，鲍亮，宋胜利，蔺一帅，副主编，全书共20各章节，711页，出版时间为2022年12月，定价为158元。该书为系统架构设计师官方指定教程。

内容简介：

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。

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。

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

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

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