翟瞳飛，王少魁，曹 添，魏薏恩，張鳴華

（三明學(xué)院 信息工程學(xué)院，福建 三明 365004）

便攜式程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

翟瞳飛，王少魁，曹 添，魏薏恩，張鳴華

（三明學(xué)院 信息工程學(xué)院，福建 三明 365004）

針對(duì)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程課堂測(cè)驗(yàn)以及內(nèi)網(wǎng)測(cè)驗(yàn)的需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)便攜式程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)。系統(tǒng)部署在U盤(pán)，運(yùn)行于Windows平臺(tái)，基于Tomcat服務(wù)器，采用Java Web和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，無(wú)需部署即可迅速進(jìn)行一場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，輕量級(jí)服務(wù)器配合輕便式數(shù)據(jù)庫(kù)使得題目抽選，IP綁定，考試監(jiān)控等功能即插即用，方便教師隨時(shí)隨處進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。

便攜；程序設(shè)計(jì)；測(cè)評(píng)；考試監(jiān)控

編程能力能力的培養(yǎng)過(guò)程是實(shí)踐的過(guò)程。大多數(shù)的高校都使用了OJ（Online Judge程序設(shè)計(jì)在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)）進(jìn)行競(jìng)賽培訓(xùn)和教學(xué)，并取得了顯著的成效。OJ系統(tǒng)已經(jīng)成為程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程不可缺少的教學(xué)平臺(tái)。但是，也正是由于OJ系統(tǒng)的公開(kāi)性、共用性，使得教師無(wú)法隨意的使用它進(jìn)行小規(guī)模的課堂測(cè)試，并且完全依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。有時(shí)，外網(wǎng)有許多不可控性，因此，教師急需一種遠(yuǎn)離外網(wǎng)干擾、便攜式的、機(jī)房?jī)?nèi)即插即用的程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)。

1 體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)分析

1.1 體系結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的系統(tǒng)建立在局域網(wǎng)的體系下，U盤(pán)所在的電腦即為臨時(shí)的服務(wù)器。系統(tǒng)由U盤(pán)、局域網(wǎng)教室組成，使用者為教師、學(xué)生。教師可以在U盤(pán)的系統(tǒng)中先建立考試，然后用U盤(pán)在教師機(jī)上部署服務(wù)，學(xué)生通過(guò)教師機(jī)提供的網(wǎng)址進(jìn)行訪問(wèn)、讀題、提交答題等。系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖1所示。

1.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

便攜式程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)主要采用了 Jsp、Java web、CSS、JavaScript、JQuery，Servlet等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)前臺(tái)用戶(hù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行提交代碼，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)提交的語(yǔ)言和代碼，會(huì)解析judgeconfig目錄下ServerConfig.xml文件（如圖2），根據(jù)用戶(hù)提交的語(yǔ)言去獲取代碼運(yùn)行的時(shí)間、內(nèi)存、運(yùn)行文件的后綴名、代碼編譯的相對(duì)路徑、編譯的Cmd命令和運(yùn)行命令，根據(jù)運(yùn)行命令執(zhí)行后臺(tái)測(cè)試的輸入數(shù)據(jù)，再將運(yùn)行結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)比較比對(duì)，返回比對(duì)的結(jié)果。達(dá)到便攜測(cè)試的效果。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 代碼文件

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)方案

便攜式程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)采用B/S(Browser/Server)的模式，遵循MVC的3層架構(gòu)，即底層Model負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)模型、中間層Control負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的處理、高層View負(fù)責(zé)用戶(hù)界面。3個(gè)層次功能相互獨(dú)立，有利于系統(tǒng)日常維護(hù)及功能拓展。

為了更好的實(shí)現(xiàn)便攜性，本系統(tǒng)將服務(wù)器端的相關(guān)配置（如語(yǔ)言信息、編譯器路徑和后臺(tái)數(shù)據(jù)路徑等）以相對(duì)目錄的形式寫(xiě)入ServerConfig.xml文件，并設(shè)計(jì)了com.smu.judge包內(nèi)的單例類(lèi)EntPath，以用于讀取載入配置信息。以上操作減少了部署服務(wù)器端所需進(jìn)行的繁瑣操作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的便攜性。

在代碼評(píng)測(cè)部分，本系統(tǒng)選擇使用Process類(lèi)封裝調(diào)用Judge.exe的過(guò)程。Process類(lèi)提供了執(zhí)行從進(jìn)程輸入、執(zhí)行輸出到進(jìn)程、等待進(jìn)程完成、檢查進(jìn)程的退出狀態(tài)以及銷(xiāo)毀進(jìn)程的方法，為用戶(hù)選擇的語(yǔ)言適配相應(yīng)的編譯、運(yùn)行環(huán)境。便于管理評(píng)判過(guò)程。

2.2 功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從U盤(pán)自動(dòng)部署服務(wù) (而不是在現(xiàn)有的固定的大服務(wù)器上部署服務(wù))，教師可以在任意一臺(tái)配置有Java環(huán)境的電腦中準(zhǔn)備和添加考試，然后在機(jī)房的任意一臺(tái)電腦中插入U(xiǎn)盤(pán)就可以立即使用。本系統(tǒng)自帶題庫(kù)，出題方式多樣靈活，提升了題目的質(zhì)量同時(shí)還可以減輕教師的工作量。本系統(tǒng)保留了OJ的許多功能（出題、測(cè)評(píng)、排名、評(píng)分、查看權(quán)控制、賬戶(hù)管理等），還提供了多方位的考試監(jiān)控，例如IP綁定，U盤(pán)和FTP監(jiān)控、使用者動(dòng)作記錄、考試記錄等。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

便攜式程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)包括了管理員表、用戶(hù)表、題庫(kù)表、考試列表、考試問(wèn)題表、考試排名表、考試分?jǐn)?shù)表等15張表。

其中管理員表存儲(chǔ)著管理員的賬號(hào)、密碼、限權(quán)、注冊(cè)時(shí)間、登錄ip。如表1所示。

用戶(hù)表存儲(chǔ)著用戶(hù)的賬號(hào)、密碼、郵箱、性別、學(xué)校等信息。如表2所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

表1 管理員表

考試表存儲(chǔ)著考試的id、考試標(biāo)題、考試的類(lèi)型、考試的時(shí)間長(zhǎng)度、考試狀態(tài)、是否能提交、發(fā)布者、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、是否進(jìn)行IP綁定,如表3。

3 系統(tǒng)特色

3.1 應(yīng)用創(chuàng)新

U盤(pán)部署服務(wù)器。測(cè)驗(yàn)通過(guò)U盤(pán)中部署的服務(wù)器啟動(dòng)，在局域網(wǎng)內(nèi)使用，防止外網(wǎng)的干擾，增強(qiáng)了測(cè)試的保密性，同時(shí)使用便攜的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，保證穩(wěn)定性的同時(shí)也便攜易用。

3.2 題庫(kù)建設(shè)

引入題目數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)題目進(jìn)行分類(lèi)，教師可以針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行題目編排，也可以選擇多個(gè)類(lèi)別的題目進(jìn)行綜合測(cè)試。相比無(wú)類(lèi)別的題庫(kù)，本系統(tǒng)使題目設(shè)置更為靈活。管理員在添加題目時(shí)需選擇題目分組，添加完成后系統(tǒng)會(huì)生成帶有分組的題庫(kù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。過(guò)程如圖4所示。

表2 用戶(hù)表

表3 考試表

用戶(hù)加入一場(chǎng)測(cè)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)會(huì)讀取已抽選的題目數(shù)量，并將題目數(shù)量與當(dāng)前分組數(shù)進(jìn)行比較，如果已經(jīng)抽選的題目數(shù)量與當(dāng)前分組數(shù)一致，即添加到用戶(hù)題目表中；若抽選的題目數(shù)量與當(dāng)前分組數(shù)不一致，系統(tǒng)則會(huì)讀取分組數(shù)并且從每組中隨機(jī)抽取題目，再添加至用戶(hù)題目表中，最后將題目呈現(xiàn)給用戶(hù)。過(guò)程如圖5所示。

圖4 題庫(kù)建設(shè)

圖5 題目抽選流程圖

3.3 模式多樣

測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉鄻踊?。教師可以選擇現(xiàn)場(chǎng)出題，也可以選擇從預(yù)設(shè)的題庫(kù)中抽選題目；可以選擇限時(shí)并且開(kāi)啟監(jiān)控的考試模式；也可以選擇較為寬松的競(jìng)賽模式。

3.4 IP監(jiān)控

IP監(jiān)控一方面是對(duì)整場(chǎng)測(cè)驗(yàn)設(shè)備的IP進(jìn)行限制，保證學(xué)生只能在指定的機(jī)房的指定設(shè)備使用；另一方面是對(duì)設(shè)備Mac地址和IP地址的綁定，避免重復(fù)登錄和一機(jī)多用戶(hù)的情況，從而避免部分考試作弊發(fā)生。用戶(hù)登錄后系統(tǒng)執(zhí)行request.getRemoteHost();以獲取用戶(hù)本機(jī)ip，再將用戶(hù)id與ip地址存入contestip表中。當(dāng)再次登錄時(shí)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)用戶(hù)id與ip綁定情況，如與表中記錄不符用戶(hù)將無(wú)法登錄，并收到提示本機(jī)已有用戶(hù)登錄。部分代碼如圖6所示。

圖6 用戶(hù)id與ip存入數(shù)據(jù)庫(kù)

3.5 記錄操作

開(kāi)啟考試監(jiān)控后，操作記錄程序?qū)㈧o默運(yùn)行在學(xué)生計(jì)算機(jī)上，以記錄學(xué)生考試期間的操作，將記錄結(jié)果存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，教師可以查看任意學(xué)生考試時(shí)使用軟件或其他操作記錄，從而全方位監(jiān)控考試。

4 結(jié)束語(yǔ)

便攜式程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是邊使用、邊改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為教學(xué)中的一個(gè)重要工具，可以支撐100臺(tái)左右的機(jī)子同時(shí)使用。便攜式的軟件可以在U盤(pán)上，也可以放在任意的硬盤(pán)上，它是一個(gè)綠色軟件。如果U盤(pán)采用閃盤(pán)，效果會(huì)更好。

［1］ 李文新，郭煒．北京大學(xué)程序在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2005，23（Z）：170－177．

［2］ 劉楠，孫國(guó)道，田賢忠．ACM 在線評(píng)判系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)時(shí)代，2010（2）：34－35．

［3］ 劉持標(biāo)，吳俊，張鳴華，等．智能化網(wǎng)絡(luò)考試監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］．網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2013（7）：90－92．

［4］ 趙磊．基于 ACM_ICPC 在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2013（8）：5004－5006．

(責(zé)任編輯：朱聯(lián)九）

Design and Development of Portable Program Design Evaluation System

ZHAI Tong-fei,WANG Shao-kui,CAO Tian,WEI Yi-en,ZHANG Ming-hua
(School of Information Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China)

Aiming at the requirement of classroom test of programming curriculum and the requirement of network test,the portable evaluation system for programming is designed and developed in this paper.Based on Tomcat server,the system is deployed in the U disk and run on the Windows platform by using Java Web and SQLite database technology.After the USB disk is inserted into the computer,a test can be quickly taken without deploying.The lightweight server and the portable database make the functions such as topic selection,IP binding and test monitoring plug and play,which is convenient for teachers to carry out tests at any time.

portable;programming;evaluation;test monitoring

TP311.52

A

1673-4343（2017）04-0041-05

10．14098 ／j．cn35－1288 ／z．2017．04．007

2017-05-08

全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（201611311010）

翟瞳飛，男，內(nèi)蒙古包頭人，大學(xué)生。通訊作者：張鳴華，女，福建建甌人，高級(jí)講師。主要研究方向：算法、計(jì)算機(jī)圖形與圖像處理。