Linux系統(tǒng)下編程題在線評(píng)閱服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

左悅 林寧

摘? 要：為了滿足編程題在線評(píng)閱對(duì)響應(yīng)時(shí)間、并發(fā)處理能力的需求，本文結(jié)合Linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性好、多任務(wù)和多用戶等特點(diǎn)，提出在Linux操作系統(tǒng)下架設(shè)在線評(píng)閱服務(wù)器的方法。本文就在線評(píng)閱服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)進(jìn)行了探討，給出了評(píng)閱服務(wù)器的技術(shù)性指標(biāo)、自啟動(dòng)評(píng)閱服務(wù)進(jìn)程的方法、service服務(wù)進(jìn)程對(duì)Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)操作和多進(jìn)程并發(fā)評(píng)閱的具體實(shí)現(xiàn)方法等，文中提出的技術(shù)使得評(píng)閱服務(wù)器具有良好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)并發(fā)處理能力。

關(guān)鍵詞：Linux系統(tǒng);編程題;在線評(píng)閱;并發(fā)處理能力

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）10-0097-03

Abstract：In order to meet the demand of response time and concurrent processing ability for programming online review，combining the advantages of Linux operating system，such as good stability，multi-task and multi-user，this paper proposes to set up on-line review server under Linux operating system. This paper discusses the technology of the online review service platform，and gives the technical index of the evaluation server，the method of self-starting the review service process，the concrete realization of the operation of the Mysql database by the service process and the concurrent evaluation of the multi-process and so on. The technology proposed in this paper makes the evaluation server have good stability and strong concurrent processing ability.

Keywords：Linux system;programming questions;online judging;concurrent processing capability

0? 引? 言

Linux是一個(gè)開(kāi)源的、多任務(wù)、多用戶操作系統(tǒng)，大多數(shù)企業(yè)或個(gè)人選擇在Linux操作系統(tǒng)上搭建FTP服務(wù)器、DHCP服務(wù)器和Web網(wǎng)站服務(wù)器等。Linux操作系統(tǒng)被選作服務(wù)器的主要原因有這幾個(gè)方面：第一，Linux系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，安裝在Linux的服務(wù)器可以連續(xù)運(yùn)行，無(wú)須關(guān)閉服務(wù)器;第二，Linux系統(tǒng)可以使大量用戶在同一服務(wù)器上工作而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題;第三，Linux操作系統(tǒng)的代碼是開(kāi)源的，對(duì)于其他操作系統(tǒng)，代碼并非每個(gè)人都可以自由使用;第四，Linux服務(wù)器還可以執(zhí)行多任務(wù)，即Linux系統(tǒng)能夠處理同時(shí)運(yùn)行的許多不同程序。

本文所開(kāi)發(fā)的平臺(tái)要求具有實(shí)時(shí)在線評(píng)閱功能，為了提高在線評(píng)閱的響應(yīng)速度，要求服務(wù)端具有多用戶、多進(jìn)程并發(fā)處理學(xué)生提交的程序的能力，因此，Linux操作系統(tǒng)非常適合用來(lái)搭建在線評(píng)閱平臺(tái)。

1? 運(yùn)行環(huán)境的需求

1.1? 服務(wù)端需求

評(píng)閱平臺(tái)采用B/S和C/S混合模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。不同于只采用C/S模式的判分系統(tǒng)，程序的運(yùn)行和評(píng)閱由客戶端完成，服務(wù)器端只用來(lái)接收數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中，程序首先由客戶端提交到服務(wù)器端，然后由服務(wù)器端的評(píng)閱進(jìn)程調(diào)用不同的函數(shù)和命令對(duì)程序運(yùn)行評(píng)閱，服務(wù)器的負(fù)載相對(duì)來(lái)說(shuō)比較重。目前硬件的性能已經(jīng)非常好，而且價(jià)格相對(duì)便宜。服務(wù)器可以根據(jù)實(shí)際使用的人數(shù)來(lái)選購(gòu)，既要避免服務(wù)器的負(fù)載相對(duì)過(guò)重，又要避免資源的浪費(fèi)。軟件運(yùn)行環(huán)境：操作系統(tǒng)為CentOS，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP，Web服務(wù)器為apache-tomcat，jdk編譯環(huán)境，數(shù)據(jù)庫(kù)為Mysql。

1.2? 客戶端需求

對(duì)客戶端的硬件要求不高，硬件上只要網(wǎng)絡(luò)連通，能瀏覽和處理數(shù)據(jù)即可。軟件運(yùn)行環(huán)境：操作系統(tǒng)為Windows，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP，瀏覽器為Internet Explorer 8.0以上或Mozilla Firefox等。

2? 評(píng)閱服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)性指標(biāo)

評(píng)閱服務(wù)端主要考慮硬盤(pán)存儲(chǔ)容量、執(zhí)行速度、判分響應(yīng)時(shí)間、吞吐量及易維護(hù)性等。

（1）存儲(chǔ)容量：本文所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)主要對(duì)編程題進(jìn)行評(píng)閱，不同于其他評(píng)閱系統(tǒng)，只有完成后才可進(jìn)行答卷的提交，而且只能提交一次。對(duì)于程序題的評(píng)閱，為了提高評(píng)分的準(zhǔn)確性，應(yīng)允許學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次提交，服務(wù)端應(yīng)將所有的提交程序全部記錄，以便事后查詢。面對(duì)大量的數(shù)據(jù)，有限的存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)提交的程序大小進(jìn)行限制。

（2）執(zhí)行速度：作為自動(dòng)評(píng)閱系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)學(xué)生提交的程序應(yīng)實(shí)時(shí)評(píng)閱，結(jié)果出來(lái)后立即返回給學(xué)生。

（3）響應(yīng)時(shí)間：對(duì)提交的程序不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的評(píng)閱，因此，評(píng)閱時(shí)間應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。

（4）吞吐量：吞吐量是指單位時(shí)間內(nèi)評(píng)閱系統(tǒng)完成的交易數(shù)量。考試或集中練習(xí)過(guò)程中，也是系統(tǒng)用戶登錄最多的時(shí)候，系統(tǒng)吞吐量達(dá)到最大，系統(tǒng)應(yīng)滿足最大吞吐量的需求。40FD3F09-BDE3-4BBD-A00E-4B8210CE6395

（5）易維護(hù)性：在練習(xí)或考試過(guò)程中，不管是服務(wù)進(jìn)程還是客戶端在出現(xiàn)故障中斷后，都應(yīng)具備考前數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，保證考試?yán)^續(xù)進(jìn)行。

3? 評(píng)閱服務(wù)進(jìn)程的啟動(dòng)

有時(shí)因斷電或者其他因素的影響，服務(wù)端需要重新啟動(dòng)，自動(dòng)評(píng)閱進(jìn)程需要自動(dòng)啟動(dòng)。在本系統(tǒng)中，評(píng)閱服務(wù)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)編譯后生成service可執(zhí)行文件，放在/home/run/cserver目錄下。編寫(xiě)shell script腳本文件runserver.sh，腳本程序主要監(jiān)控service進(jìn)程是否啟動(dòng)，一旦監(jiān)控到service沒(méi)有運(yùn)行，就會(huì)馬上啟動(dòng)service進(jìn)程;runserver.sh腳本程序如下：

while [ "" = "" ];

do

pid=`ps -ef|grepservice|wc -l`

if [ $pid -gt 1 ]; then

echo "service進(jìn)程正在運(yùn)行！";

else

/home/run/cserver/service

fi

sleep 1

done

runserver.sh腳本程序一個(gè)無(wú)限循環(huán)的程序，每隔一秒鐘檢查一次service進(jìn)程是否運(yùn)行，這樣也避免了因特殊情況service進(jìn)程突然中斷，從而導(dǎo)致評(píng)閱服務(wù)停止。Linux服務(wù)器重新啟動(dòng)后，需自動(dòng)執(zhí)行runserver.sh腳本程序，可以在Linux系統(tǒng)的/etc/rc.local文件中加入語(yǔ)句sh/home/run/cserver/runserver.sh&實(shí)現(xiàn)。

4? 評(píng)閱服務(wù)進(jìn)程接Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)

4.1? Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)的連接

評(píng)閱服務(wù)進(jìn)程在評(píng)閱后需要將評(píng)閱結(jié)果存入Mysql數(shù)據(jù)中，使用C語(yǔ)言連接Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，常用到一些C API函數(shù)如mysql_init、mysql_real_connect、mysql_close函數(shù)，下面代碼是一個(gè)C語(yǔ)言連接本地Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)的代碼片段：

MYSQL connect;

mysql_init（&myconnect）;

if（mysql_real_connect（&myconnect，"localhost"，"lin"，"123456"，"Erex"，0，NULL，0））

printf（"連接Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)成功"）;

else

printf（"連接Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)失?。。躰"）;

其功能是：首先使用Mysql結(jié)構(gòu)定義了結(jié)構(gòu)變量my-connect，接著使用mysql_init（）函數(shù)對(duì)myconnect變量初始化，然后使用mysql_real_connect（）函數(shù)連接了本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)Erex，連接的信息保存到myconnect結(jié)構(gòu)變量中，最后使用printf（）函數(shù)提示是否連接成功。

4.2? Mysql數(shù)據(jù)操作的實(shí)現(xiàn)

評(píng)閱服務(wù)進(jìn)程在對(duì)Mysql數(shù)據(jù)操作前，先連接數(shù)據(jù)庫(kù)，myconnect（）為自定義函數(shù)，連接成功返回1，否則返回0。圖1為service進(jìn)程操作Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)的流程圖。

由于service進(jìn)程可以并發(fā)評(píng)閱學(xué)生提交的程序，service產(chǎn)生的多個(gè)子進(jìn)程可能會(huì)同時(shí)讀寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，這可能造成數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，如：A進(jìn)程讀取了數(shù)據(jù)表table的數(shù)據(jù)，在A進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，至A進(jìn)程寫(xiě)入數(shù)據(jù)到table之前，是不允許其他進(jìn)程讀寫(xiě)table中的數(shù)據(jù)的，否則，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此，在讀數(shù)據(jù)之前評(píng)閱子進(jìn)程需先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中特定的表進(jìn)行鎖定操作，然后再對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行其他操作。如下面的程序片段：

sprintf（cxnr，"lock table t_recordswrite，t_answer-filewrite，t_exam_lib write;"）;

if（mysql_real_query（&con，cxnr，（unsigned int）strlen（cxnr）））

{ printf（"鎖定表t_records，t_answerfile，t_exam_lib失敗?。躰"）;}

對(duì)t_records，t_answerfilewrite，t_exam_lib三張表鎖定的寫(xiě)操作，其他進(jìn)程不能再往這三張表輸入數(shù)據(jù)，直到解鎖。

5? 多進(jìn)程并發(fā)評(píng)閱的實(shí)現(xiàn)

5.1? service守護(hù)進(jìn)程的創(chuàng)建

service守護(hù)進(jìn)程是在后臺(tái)運(yùn)行的特殊進(jìn)程，用于完成在線評(píng)閱的任務(wù)，Service進(jìn)程在操作系統(tǒng)啟動(dòng)后啟動(dòng)，并一直運(yùn)行除非系統(tǒng)關(guān)閉。由于守護(hù)進(jìn)程是脫離控制終端的，因此首先創(chuàng)建子進(jìn)程，終止父進(jìn)程，之后所有的工作都在子進(jìn)程中完成。Service進(jìn)程脫離控制終端的關(guān)鍵代碼：

pid_t child1，child2;

child1=fork（）;

if（child1>0） exit（0）;

setsid（）;

chdir（"/home/runspace"）;

umask（0）;

上述程序中，fork（）函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程并返回值至child1中，exit（0）語(yǔ)句終止了父進(jìn)程的運(yùn)行，子進(jìn)程調(diào)用setsid（）函數(shù)創(chuàng)建新的會(huì)話，chdir（"/"）改變工作目錄到/home/runspace，umask（）用于重設(shè)文件掩碼。

5.2? 多進(jìn)程評(píng)閱的實(shí)現(xiàn)

service守護(hù)進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)到新的任務(wù)時(shí)，調(diào)用fork（）函數(shù)創(chuàng)建新的子進(jìn)程，評(píng)閱任務(wù)由子進(jìn)程完成，父進(jìn)程繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)新的任務(wù)。這樣service守護(hù)進(jìn)程僅僅負(fù)責(zé)新任務(wù)的監(jiān)聽(tīng)，并產(chǎn)生新的子進(jìn)程，評(píng)閱的任務(wù)全部交給子進(jìn)程完成，這樣大大提高評(píng)閱的并發(fā)處理能力，縮短在線評(píng)閱的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)的吞吐量。

6? 結(jié)? 論

本文中闡述的在線評(píng)閱設(shè)技術(shù)已應(yīng)用到C語(yǔ)言編程題在線評(píng)閱系統(tǒng)上，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明服務(wù)器具有良好的穩(wěn)定性和較好的并發(fā)處理能力，對(duì)其他服務(wù)器的開(kāi)發(fā)有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳文剛，張志文.信息安全等級(jí)保護(hù)Linux服務(wù)器shell腳本測(cè)評(píng)方法 [J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017，7（13）：59-61.

[2] 盧云宏，侯文涵，趙前，等.基于Linux的OnlineJudge在線提交環(huán)境的搭建 [J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（12）：50-51.

[3] 劉加海，張益先，等.Linux軟件工程師（C語(yǔ)言）實(shí)用教程 [M].北京：科學(xué)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：左悅（1981-），女，漢族，遼寧盤(pán)錦人，講師，碩士，研究方向：圖形圖像處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。40FD3F09-BDE3-4BBD-A00E-4B8210CE6395