袁明磊，付賢政

（安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院信息工程系，安徽 六安237011）

當(dāng)前我校程序類課程的教學(xué)訓(xùn)練與考核方式仍然比較單一，主要采取人工評(píng)閱紙質(zhì)源代碼的模式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的源代碼評(píng)測(cè)方式越來越顯出耗時(shí)、耗力、人為因素大等缺點(diǎn)。因此建立一套適合我校的源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)成為迫切的需求[1]。

1 研究源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的意義

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)可以作為高職學(xué)校程序設(shè)計(jì)類課程的輔助教學(xué)平臺(tái)。源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)本身也是一個(gè)程序競(jìng)賽平臺(tái)，該平臺(tái)可以完成程序競(jìng)賽的實(shí)時(shí)評(píng)測(cè)。源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)還可以作為學(xué)生課余時(shí)間鍛煉程序設(shè)計(jì)能力的一個(gè)平臺(tái)，為學(xué)生提供一個(gè)提高程序設(shè)計(jì)能力的平臺(tái)。源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)能根據(jù)程序運(yùn)行計(jì)算出程序執(zhí)行過程中所用的內(nèi)存和時(shí)間。時(shí)間越短內(nèi)存越少，說明程序設(shè)計(jì)越優(yōu)秀。

2 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的模型

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)分為Judge服務(wù)器（判題內(nèi)核）、Web服務(wù)器和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分。Judge服務(wù)可以監(jiān)視數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的待評(píng)測(cè)任務(wù)隊(duì)列；Web服務(wù)器為用戶提供了操作源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面；Judge服務(wù)器和Web服務(wù)器共用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)待評(píng)測(cè)任務(wù)隊(duì)列和評(píng)測(cè)結(jié)果等信息。

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的工作過程如下：

（1）用戶通過Web服務(wù)器提供的接口將待評(píng)測(cè)的源代碼提交，之后 Web服務(wù)器將源代碼加入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)；

（2）Judge服務(wù)器定期讀取 MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的待評(píng)測(cè)源代碼，讀取后就自動(dòng)鎖定該源代碼，用來防止多個(gè)Judge服務(wù)器對(duì)源代碼的重復(fù)讀??；

（3）Judge服務(wù)器評(píng)測(cè)源代碼并將評(píng)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)；

（4）Web服務(wù)器從MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取并且顯示源代碼的評(píng)測(cè)結(jié)果。

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中MySQL服務(wù)器、Web服務(wù)器、Judge服務(wù)器既可以由同一臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)，也可以分別由不同的服務(wù)器承擔(dān)。

圖1 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器結(jié)構(gòu)

3 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)主要由：用戶子系統(tǒng)、題目子系統(tǒng)、競(jìng)賽子系統(tǒng)、評(píng)測(cè)子系統(tǒng)4個(gè)模塊組成。其中評(píng)測(cè)子系統(tǒng)部署在Judge服務(wù)器內(nèi)，是系統(tǒng)工作的核心。用戶子系統(tǒng)、題目子系統(tǒng)、競(jìng)賽子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)部分部署在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器內(nèi)，顯示和邏輯控制部署在Web服務(wù)器中[2]。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.2 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體關(guān)系圖設(shè)計(jì)

源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)中的主要實(shí)體有：用戶（user）、管理員（administrator）、游客（guest）、題目（problem）、競(jìng) 賽 （contest）、測(cè) 試 代 碼 （source＿code）、解題狀態(tài)（solution）、編譯錯(cuò)誤（compileinfo）和運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（runtimeinfo）。為了更清楚地表示系統(tǒng)的原理，將評(píng)測(cè)服務(wù)也作為實(shí)體來看待。各個(gè)實(shí)體之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)E－R圖

3.3 評(píng)測(cè)模塊流程設(shè)計(jì)

評(píng)測(cè)子系統(tǒng)的主要工作由myoj＿client實(shí)現(xiàn)。myoj＿client工作流程如圖4所示。

工作過程如下：

（1）讀取配置文件“.／init／judge.conf”，從配置文件中獲取評(píng)測(cè)子系統(tǒng)全局變量的值；

（2）利用 MySQL提供的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的連接；

（3）利用 MySQL提供的接口函數(shù)，獲取MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中待評(píng)測(cè)源代碼的信息；

（4）將待評(píng)測(cè)的源代碼，存儲(chǔ)到run文件夾下，文件名為main.c；

（5）將輸出文件重定向至“.／run／ce.txt”；

（6）執(zhí)行編譯；

（7）編譯失敗，則將編譯錯(cuò)誤（Compile Error）存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，跳轉(zhuǎn)至第（19）步；

（8）編譯成功，則會(huì)生成可執(zhí)行文件，名為main；

（9）記錄當(dāng)前時(shí)間time1；

（10）讀取題號(hào)對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)文件中的一對(duì)的輸入文 件 和 輸 出 文 件；eg：.／date／1000／1.in 與.／date／1000／1.out相對(duì)應(yīng)。

（11）如果讀取文件成功，則將輸入輸出文件分別存儲(chǔ)到run文件夾內(nèi)，存儲(chǔ)為data.in和data.out。

（12）如果讀取文件失敗，記錄當(dāng)前時(shí)間time2，并將測(cè)試成功（Accepted）存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，將time2－time1存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為程序運(yùn)行時(shí)間，跳轉(zhuǎn)至第（19）步；

（13）重定向輸入文件為data.in，重定向輸出文件為user.out；

（14）執(zhí)行main程序；

（15）超時(shí)，則將超時(shí)間限制（Time Limit Exceed）運(yùn)行結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)；跳轉(zhuǎn)至第（19）步；

（16）超內(nèi)存，則將超內(nèi)存限制（Memory Limit Exceed）運(yùn)行結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)；跳轉(zhuǎn)至第（19）步；

（17）比較user.out文件和data.out文件，如果完全匹配則跳轉(zhuǎn)至第（10）步；

（18）如果user.out文件和data.out文件有區(qū)別，則存儲(chǔ)（Wrong Answer）到數(shù)據(jù)庫(kù)，跳轉(zhuǎn)至第（19）步；

（19）本次源代碼評(píng)測(cè)結(jié)束。

評(píng)測(cè)功能模塊應(yīng)能給出以下4種類型的反饋信息并存入數(shù)據(jù)庫(kù)：

編譯錯(cuò)誤：源代碼無法通過編譯。

運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤信息：用戶程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異常 ，如超內(nèi)存，超時(shí)間等。

結(jié)果正確：用戶程序能準(zhǔn)確地通過所有測(cè)試用例且其他指標(biāo)均符合要求。

結(jié)果錯(cuò)誤：用戶程序沒能得到正確運(yùn)行結(jié)果。

4 源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)用到的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 采用C語言操作MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)

評(píng)測(cè)模塊主要通過C語言提供的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。用到的API主要有：

MYSQL＊mysql＿init（MYSQL＊mysql），用來實(shí)現(xiàn)初始化一個(gè)MySQL對(duì)象。

MYSQL＊mysql＿connect（MYSQL＊mysql，const char＊host，const char＊user，const char＊passwd），用來實(shí)現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫(kù)。

int mysql＿query（MYSQL＊mysql，const char＊query），實(shí)現(xiàn)對(duì)SQL語句的執(zhí)行操作。

4.2 編譯源代碼

對(duì)源代碼文件進(jìn)行編譯。實(shí)現(xiàn)對(duì)源代碼文件進(jìn)行編譯的核心代碼如下：

編譯的參數(shù)主要有：－o out＿file，－O2，－Wall，－lm，－－static，－std＝c99，－DONLINE＿JUDGE。 分 別具有如下含義：

編譯結(jié)果判斷。通過測(cè)試編譯時(shí)輸出文件的大小來確定編譯是否通過。當(dāng)編譯輸出文件大小大于0時(shí)，說明在編譯時(shí)有警告或錯(cuò)誤信息。當(dāng)編譯輸出文件等于0時(shí)，說明編譯通過。

4.3 執(zhí)行被測(cè)試程序

源代碼文件編譯通過之后，會(huì)生成一個(gè)名為“main”的文件。接下來的工作是測(cè)試程序的正確性。源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)采用的是黑盒測(cè)試。

執(zhí)行被測(cè)試程序的過程如下：

（1）重定向輸入輸出文件。

在執(zhí)行被測(cè)試程序時(shí)，需要先去讀取程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入文件。因此在執(zhí)行被測(cè)試程序之前需要將輸入文件重定向到提前準(zhǔn)備好的標(biāo)準(zhǔn)輸入數(shù)據(jù)，將輸出數(shù)據(jù)重定向到用戶工作目錄內(nèi)。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵代碼如下：

（2）創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。

利用fork（）函數(shù)生成一個(gè)子進(jìn)程。被測(cè)試程序的整個(gè)運(yùn)行過程都是在子進(jìn)程內(nèi)完成的。

（3）設(shè)置資源限制。

運(yùn)行程序之前需要設(shè)置運(yùn)行時(shí)的限制資源，包括內(nèi)存和CPU時(shí)間等限制。資源限制采用struct rlimit實(shí)現(xiàn)。struct rlimit結(jié)構(gòu)如下

結(jié)構(gòu)體中rlim＿cur是要取得或設(shè)置的資源軟限制的值，rlim＿max是硬限制的值。

（4）用函數(shù)調(diào)用要執(zhí)行的程序。

執(zhí)行被測(cè)試程序使用Execl（）實(shí)現(xiàn)。

Execl（）可以執(zhí)行第一個(gè)參數(shù)path字符串所代表的文件，接下來的參數(shù)代表執(zhí)行該文件時(shí)傳遞的參數(shù)argv[0]，argv[1].....最后一個(gè)參數(shù)必須用空指針NULL結(jié)束。使用該函數(shù)時(shí)需要的頭文件為：＃include＜unistd.h＞。

4.4 測(cè)試運(yùn)行結(jié)果

測(cè)試程序運(yùn)行結(jié)果的基本思想如下：利用標(biāo)準(zhǔn)輸入文件作為待評(píng)測(cè)程序的輸入文件，將待評(píng)測(cè)程序的輸出結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)輸出結(jié)果進(jìn)行比較。如果所有測(cè)試用例的程序輸出和標(biāo)準(zhǔn)輸出均一致，則認(rèn)為待評(píng)測(cè)程序正確，否則認(rèn)為被評(píng)測(cè)程序有錯(cuò)誤。在測(cè)試過程中還需要監(jiān)視內(nèi)存和時(shí)間是否超限，如果超限則返回相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼。

在測(cè)試運(yùn)行結(jié)果之前和之后分別對(duì)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行獲取，兩者時(shí)間差即為評(píng)測(cè)時(shí)間。

測(cè)試運(yùn)行結(jié)果的核心代碼如下所示：

（1）定義全局目錄、標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出文件的名字和用戶程序輸出文件名。下面為具體的程序代碼：

（2）判斷標(biāo)準(zhǔn)輸入文件是否存在。下面為具體的程序代碼：

（3）以標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出為依據(jù)，測(cè)試源代碼程序的正確性。其中prepare＿files（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出文件復(fù)制到run文件夾下。run＿solution（）函數(shù)運(yùn)行在子進(jìn)程中，用來執(zhí)行程序并判斷程序輸出結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)答案之間的關(guān)系，同時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)視程序的運(yùn)行狀態(tài)，并可以將程序運(yùn)行狀態(tài)返回，以供父進(jìn)程捕獲。watch＿solution（）函數(shù)運(yùn)行在父進(jìn)程中。用來獲取run＿solution（）函數(shù)的返回值，返回值代表程序的測(cè)試結(jié)果。下面為具體的程序代碼：

為防止非法用戶的反復(fù)提交，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄每次用戶提交的時(shí)間，限制用戶最快提交速度是1min提交一次程序。

4.5 評(píng)測(cè)時(shí)間的獲取

測(cè)試時(shí)間獲取是以s為單位的，獲取評(píng)判時(shí)間的精度為ms級(jí)。主要用到了結(jié)構(gòu)體timeval和gettimeofday（）函數(shù)。評(píng)判時(shí)間獲取的方法如下：

4.6 將評(píng)測(cè)結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)

程序測(cè)試完成之后，需要將測(cè)試的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)更新和題目相關(guān)的數(shù)據(jù)表。需要更新的數(shù)據(jù)表有：problem表、solution表和user表。

更新數(shù)據(jù)庫(kù)信息需要利用C語言來操作MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)。

下面以存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果為例，說明如何利用C語言將測(cè)試結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)：

5 系統(tǒng)運(yùn)行截圖

下面是源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行截圖，圖5是用戶提交源代碼的界面。圖6是源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的評(píng)測(cè)結(jié)果界面。

圖5 提交題目源代碼界面（正確源代碼）

圖6 源代碼測(cè)試狀態(tài)界面

6 結(jié)語

本文首先介紹了系統(tǒng)的意義，接著闡述了系統(tǒng)的模型。本文重點(diǎn)介紹了源代碼在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，最后給出了系統(tǒng)的運(yùn)行截圖。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)能極大地提高程序測(cè)試的效率，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是一個(gè)很好的教學(xué)平臺(tái)。

[1]梁嵩，王建新，盛羽.在線程序語言評(píng)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2010，6（2）：128－132.

[2]王騰，姚丹霖.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2006，12：129－130.