王飛飛 徐帥武

摘要：針對(duì)現(xiàn)有程序在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)存在的運(yùn)行效率低、功能較為單一的問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一基于Koa2的PDSUOJ系統(tǒng)，該系統(tǒng)前端與服務(wù)端框架分別采用Rect與Midway，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與緩存時(shí)使用PostgreSQL與Redis，同時(shí)為了滿(mǎn)足服務(wù)之間隔離與快速部署的需求采用Docker作為各個(gè)服務(wù)的運(yùn)行容器。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)信息管理、用戶(hù)分組信息管理、題目信息管理、題目提交評(píng)測(cè)、提交數(shù)據(jù)管理等功能，系統(tǒng)界面簡(jiǎn)單友好，運(yùn)行效率高，可以滿(mǎn)足用戶(hù)在線評(píng)測(cè)程序的需求。

關(guān)鍵詞：評(píng)測(cè)系統(tǒng);服務(wù)端;數(shù)據(jù)管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）03-0094-02

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)程序在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)[1-3]，但是現(xiàn)有的系統(tǒng)大多主要以學(xué)生競(jìng)賽訓(xùn)練為主，與教學(xué)工作相結(jié)合用于程序課程考核的較少，因此功能較為單一，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生分組、課程分類(lèi)、評(píng)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)分組匯總方面存在欠缺，且存在代碼耦合嚴(yán)重難以二次開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)擴(kuò)展性與數(shù)據(jù)安全性較差等問(wèn)題。為了更好地滿(mǎn)足教學(xué)需要，本文在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生與教師在系統(tǒng)性能、功能和擴(kuò)展性的需求，確定系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)所采用的技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能需求分析與相關(guān)技術(shù)

2.1 系統(tǒng)功能需求分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有在線評(píng)測(cè)平臺(tái)的分析[4-6]，在對(duì)教師與學(xué)生的需求進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)用戶(hù)分為兩類(lèi)：普通用戶(hù)與特權(quán)用戶(hù)。

普通用戶(hù)功能包括個(gè)人信息管理、查看排行、題目查詢(xún)與瀏覽、題目提交與程序考核管理。其中個(gè)人信息管理包括用戶(hù)注冊(cè)登錄、信息查看與信息修改;查看排行可以分組查看，也可以查看他人的成績(jī)信息;題目查詢(xún)與瀏覽可以實(shí)現(xiàn)分類(lèi)查詢(xún)、模糊搜索、題目自定義排序與查看詳情;題目提交為答題完畢后提交題目。

特權(quán)用戶(hù)功能包括用戶(hù)管理、題目管理、用戶(hù)組信息管理、考核管理。其中用戶(hù)管理包括對(duì)注冊(cè)用戶(hù)個(gè)人信息進(jìn)行查看、刪除、修改等，對(duì)用戶(hù)近期答題情況、錯(cuò)誤率、排名等情況進(jìn)行查看;題目管理包括對(duì)題目的添加、修改、刪除、隱藏、分類(lèi)等操作;用戶(hù)組信息管理包括新增用戶(hù)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)組信息的修改與刪除，對(duì)用戶(hù)組內(nèi)成員信息的管理;考核管理包括出題、選擇參加學(xué)生、對(duì)提交題目進(jìn)行評(píng)判等。

2.2 相關(guān)技術(shù)分析

本系統(tǒng)前端開(kāi)發(fā)采用Rect，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)檢測(cè)到相應(yīng)信息以完成對(duì)視圖的自動(dòng)更新，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到視圖的映射;可以通過(guò)Rect構(gòu)建組件實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，也可以實(shí)現(xiàn)與其他框架的組合使用;Rect內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了Virtual DOM系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)量大且變化快時(shí)只更新變化的數(shù)據(jù)，有效地改善了性能瓶頸問(wèn)題。

Midway是基于Koa2的后端框架，與Koa2相比增加了許多便于開(kāi)發(fā)的中間件，其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用TypeScript，有利于程序的后期擴(kuò)展，同時(shí)兼容Egg.js的寫(xiě)法，可以利用各種中間件加快開(kāi)發(fā)速度，同時(shí)內(nèi)置了單元測(cè)試。軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序在不同機(jī)器上會(huì)出現(xiàn)不兼容的狀況，不同的技術(shù)也會(huì)存在不同的環(huán)境依賴(lài)，此類(lèi)問(wèn)題一般采用虛擬機(jī)或者Docker技術(shù)解決，由于Docker在啟動(dòng)、硬盤(pán)使用、性能、系統(tǒng)支持量方面存在的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用Docker技術(shù)來(lái)解決環(huán)境配置問(wèn)題。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主體架構(gòu)包括前端顯示、后端邏輯層與判題服務(wù)三部分。其中Rect實(shí)現(xiàn)前端展示與操作邏輯，SPA模式的采用使頁(yè)面切換等由前端處理，服務(wù)端僅提供頁(yè)面數(shù)據(jù)，從而減少了網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)量，頁(yè)面展示時(shí)為無(wú)刷新的切換方式，增加了呈現(xiàn)速度。Service層采用TypeScript作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)，以Node.js為程序運(yùn)行環(huán)境，如果后端服務(wù)壓力過(guò)大則可以開(kāi)啟多個(gè)，與前端服務(wù)器一起實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，減輕后端服務(wù)壓力，具體如圖l所示。

用戶(hù)提交答案到服務(wù)端后，服務(wù)端先通過(guò)一次Hash對(duì)重復(fù)提交進(jìn)行過(guò)濾，然后將信息發(fā)送至Judge服務(wù)器，如果當(dāng)前判題服務(wù)空閑則直接進(jìn)行處理，否則將信息存入Redis緩存隊(duì)列，當(dāng)有判題核心處于空閑狀態(tài)時(shí)則從緩存中進(jìn)行讀取判題，處理后將結(jié)果返回至服務(wù)端。具體工作流程如下：

1）評(píng)測(cè)服務(wù)接受評(píng)測(cè)請(qǐng)求;

2）判斷是否空閑，如果空閑則執(zhí)行下一步，否則處于等待狀態(tài);

3）對(duì)程序進(jìn)行編譯，如果編譯失敗則跳轉(zhuǎn)到Error，否則執(zhí)行下一步;

（Error）響應(yīng)異常，跳轉(zhuǎn)到8）;

4）讀取評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)行編譯后的程序?qū)Ξa(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行比較;

5）如果結(jié)果正確則跳轉(zhuǎn)到下一步，否則跳轉(zhuǎn)到Error;

6）判斷是否還有下一組數(shù)據(jù)，如果有則跳轉(zhuǎn)到4），否則執(zhí)行下一步;

7）響應(yīng)請(qǐng)求結(jié)果為成功，執(zhí)行下一步;

8）判斷緩存隊(duì)列中是否存在等待中的請(qǐng)求，如果存在則跳轉(zhuǎn)到3），否則結(jié)束程序。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有權(quán)限管理、用戶(hù)注冊(cè)登錄、題目提交、用戶(hù)管理、用戶(hù)組管理、題目管理、系統(tǒng)判題等，下面以題目提交與判題為例進(jìn)行描述。

題目提交實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，將前端頁(yè)面分為題目描述與彈窗兩部分，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)須將頁(yè)面下拉到底端即可實(shí)現(xiàn)提交功能。該模塊中，選擇提交代碼語(yǔ)言時(shí)使用Select選擇器，用戶(hù)可在基于CodeMirror的代碼輸入框中輸入程序源代碼，通過(guò)相應(yīng)配置實(shí)現(xiàn)代碼高亮等功能，CodeMirror通過(guò)注冊(cè)該組件上的on-Change事件獲取用戶(hù)輸入的源代碼，代碼提交時(shí)通過(guò)Base64進(jìn)行編碼，這樣可以減少在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤;在服務(wù)端，獲取/upProblem路徑上的post提交時(shí)采用SubmitCon-troller類(lèi)中的方法，提交獲取后通過(guò)pid調(diào)用prisma.problem方法進(jìn)行詳細(xì)信息的查詢(xún)，然后通過(guò)prisma. createSubmit創(chuàng)建一個(gè)用于提交的等待狀態(tài)，并將信息發(fā)送給Judge服務(wù)器;Judge服務(wù)對(duì)接收到的信息進(jìn)行解碼與編譯，然后將運(yùn)行結(jié)果與正確答案進(jìn)行比較，并將結(jié)果發(fā)送至SubmitController的updateProb-lem方法，該方法將所有測(cè)試產(chǎn)生的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行遍歷，得出最終運(yùn)行結(jié)果，并將其寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

對(duì)題目進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，源代碼編寫(xiě)采用C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，具體如下：首先調(diào)用parse_arguments函數(shù)對(duì)傳人的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行解析，然后在Compiler函數(shù)中創(chuàng)建子線程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)源代碼文件的編譯，最后執(zhí)行freopen0函數(shù)，并重定向到stderr/stdout文件，將結(jié)果返回給Main函數(shù)。在Main函數(shù)中獲取Compiler函數(shù)的返回值，若該值為0則給出錯(cuò)誤信息。當(dāng)編譯過(guò)程結(jié)束后，對(duì)mate.Json中的文件列表進(jìn)行遍歷，進(jìn)行外部數(shù)據(jù)的讀取，在該過(guò)程中，輸入文件使用*.in，保存輸出結(jié)果使用temp/*.out文件，如果運(yùn)行超時(shí)，則向相應(yīng)子進(jìn)程發(fā)出信號(hào)，返回超時(shí)信息，如果運(yùn)行正常，則對(duì)文件進(jìn)行比較，判斷比較結(jié)果是否一致，一致則為通過(guò)，如果不一致則返回錯(cuò)誤，然后將運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)存寫(xiě)入result.j son文件，繼續(xù)執(zhí)行下一組數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)與用戶(hù)需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以基于Koa2的在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要采用Rect、PostgreSQL等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)分組管理、分角色權(quán)限管理、前端服務(wù)端開(kāi)發(fā)分離、題目在線評(píng)測(cè)等功能，并在學(xué)生中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程與結(jié)果表明：該系統(tǒng)界面友好、擴(kuò)展性強(qiáng)，可以較好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

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