基于HUSTOJ的高級語言考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

卜明磊 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

自第一臺計算機誕生至今，短短數(shù)十載，信息時代已然改變?nèi)藗兩a(chǎn)生活方式。本課題就是設(shè)計并實現(xiàn)一套基于HUSTOJ的高級語言考試系統(tǒng)。HUSTOJ遵守GPL協(xié)議，其開源的特性有利于實現(xiàn)代碼的二次開發(fā)并能為本系統(tǒng)所用。

通過本高級語言考試系統(tǒng)，管理員可以對教師、學(xué)生和題庫進(jìn)行管理，教師可以根據(jù)具體情況從已有題庫中選擇所需題目進(jìn)行人工組卷，也可對已有試卷進(jìn)行查看，更也可以查看每次考試的統(tǒng)計信息，而這些統(tǒng)計信息是計算機自動運用數(shù)學(xué)知識運算所得，即高效又準(zhǔn)確。學(xué)生可以通過考試系統(tǒng)完成在線評測并第一時間獲取自己成績，實時反饋，促進(jìn)教育教學(xué)良好有序進(jìn)行。

2 HUSTOJ的分析

HUSTOJ作為一個開源在線評測系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用于計算機程序設(shè)計比賽和編程能力測試中。通過分析它的源代碼我們可以發(fā)現(xiàn)，HUSTOJ由core和web兩個文件組成， web主要用于存放數(shù)據(jù)，core主要用于實現(xiàn)判題功能。其中，core分為三部分：judged（其中最核心部分是服務(wù)進(jìn)程源碼judged.cc）、judge_client（其中最核心部分是判題進(jìn)程源碼judged_client.cc）、sim（其中最核心部分是sim.sh，是一個第三方軟件，用于檢測相似度，防止作弊）。這里主要用到了judged和judge_client，因此在判題源碼分析中主要介紹服務(wù)進(jìn)程源碼和判題進(jìn)程源碼。

2.1 判題源碼分析

2.1.1 服務(wù)進(jìn)程源碼分析

服務(wù)進(jìn)程代碼（judged.cc）是由519行C語言編寫的源代碼組成，總大小為13.4KB。該源代碼實現(xiàn)的主要功能在第485行至519行的main函數(shù)中得以表現(xiàn)。首先創(chuàng)建家目錄（默認(rèn)家目錄為home/judge）并進(jìn)入，在確認(rèn)輸入無誤后創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程，然后在確認(rèn)家目錄無誤且守護(hù)進(jìn)程尚未運行后配置數(shù)據(jù)庫信息，通過執(zhí)行SQL語句獲取符合要求的題目標(biāo)記值信息（這里是對應(yīng)的是題目的主鍵solution_id），之后計算機一直處于等待返回信息狀態(tài)，一旦接收到對應(yīng)信號，則立馬結(jié)束判題服務(wù)進(jìn)程，如果進(jìn)程未結(jié)束則表示準(zhǔn)備就緒。接下來進(jìn)入循環(huán)體，該創(chuàng)建的守護(hù)進(jìn)程就正式成為執(zhí)行題目的判題守護(hù)進(jìn)程并開始起作用，直到出現(xiàn)錯誤或題目全部已經(jīng)答完。

2.1.2 判題進(jìn)程源碼分析

判題進(jìn)程代碼（judge_client.cc）是由1989行C語言編寫的源代碼組成，總大小為70.8KB。獲取題目solution_id并為之編號，在配置數(shù)據(jù)庫配置信息后驗證數(shù)據(jù)庫是否運行正常，結(jié)果（記錄在result中）共有0至13共14種情況，其中， result為4表示AC，即結(jié)果正確，其他數(shù)字對應(yīng)代表一種出錯情況。判題進(jìn)程源碼采用的是沙箱技術(shù)，通過創(chuàng)建一個虛擬環(huán)境并在其中運行，待得出結(jié)果后刪除它。這就保證了系統(tǒng)的安全性。

2.2 數(shù)據(jù)庫分析

HUSTOJ數(shù)據(jù)庫共有17張數(shù)據(jù)表。中本系統(tǒng)調(diào)用的最主要數(shù)據(jù)表是記錄題目提交運行相關(guān)信息的表solution solution_id,problem_id,user_id,time,memory,in_date,result,language,ip,contest_id,valid,num,code_length,judgetime,pass_rate)和表 source_code(solution_id,source)。

值得注意的是，HUSTOJ數(shù)據(jù)表中不存在外鍵，數(shù)據(jù)的完整性由web中的PHP代碼保證。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本考試系統(tǒng)功能分為四大模塊：用戶登錄驗證模塊、系統(tǒng)管理員模塊、教師模塊和學(xué)生模塊。

4.1 用戶登錄驗證模塊

首先輸入正確的姓名、密碼，并選擇相應(yīng)的身份，然后單擊登錄按鈕即可。如果輸入無誤，則進(jìn)入相應(yīng)界面，否則顯示錯誤提示信息。

4.2 系統(tǒng)管理員模塊

4.2.1 教師管理

根據(jù)教師姓名、職稱和部門查詢教師信息，符合條件的教師信息（教師姓名、密碼、職稱、部門）以一張表格形式展現(xiàn)，在信息的最后，管理員可以選擇修改該教師信息或刪除該教師信息。

4.2.2 學(xué)生管理

根據(jù)學(xué)生學(xué)號、姓名、專業(yè)和年級查詢學(xué)生信息，符合條件的學(xué)生信息（學(xué)生學(xué)號、姓名、密碼、性別、專業(yè)、年級）以一張表格形式展現(xiàn)，在信息的最后，管理員可以選擇修改該學(xué)生信息功能或刪除該學(xué)生信息

4.2.3 題庫管理

根據(jù)題目內(nèi)容、題型、知識點和章節(jié)查詢題庫信息，符合條件的題庫信息（題目內(nèi)容、題型、知識點、章節(jié)）以一張表格形式展現(xiàn)，在信息的最后，管理員可以選擇修改該題目或刪除該題目。

4.3 教師模塊

4.3.1 人工組卷

輸入試卷基本信息（試卷名稱、考試時間、選擇題數(shù)量、判斷題數(shù)量、填空題數(shù)量、程序題數(shù)量、選擇題分值、填空題分值、判斷題分值、程序題分值）后單擊提交，進(jìn)入組卷界面。單擊“選擇題”后題庫中的所有選擇題將顯示，教師可任意選取，不過必須與試卷基本信息中的題數(shù)相對應(yīng)，否則最終提交將會無效。其他還有“填空題”、“判斷題”和“程序題”，于此類似。最后，單擊“提交”，在系統(tǒng)提示完成后組卷工作完成。

4.3.2 人工閱卷

從數(shù)據(jù)庫中選取該教師出的試卷，從中再選取未曾批改過的題目，將信息（學(xué)號、試卷編號、題目編號、考生答案、參考答案、機器批閱結(jié)果、是否已核對、更正）顯示出來。對于已核對的題目，則在“核對”中打鉤，并作為最終結(jié)果。如果遇到自動批改試卷有出路的地方，則在“核對”中選中之后還需在更正一欄中填入正確得分。

4.3.3 試卷分析

選中條件信息（學(xué)號、試卷編號、題目編號）進(jìn)行查閱試卷。在選中試卷條件之后單擊“查詢”，可以得到相應(yīng)學(xué)號、試卷編號、題目編號、得分、該題平均分以及排名統(tǒng)計信息。

4.3.4 試卷查詢

選中試卷條件信息（試卷編號、題目編號編號）進(jìn)行查詢。在選中試卷條件之后單擊“查詢”，可以得到相應(yīng)試卷編號、題目編號、試卷名稱、題目內(nèi)容和刪除信息。如果教師對該每一題目不滿意欲刪除，則可以通過單擊左鍵“刪除”來達(dá)到目的。

4.3.5 成績查詢

選中條件信息（學(xué)號、試卷編號）進(jìn)行查閱。在選中條件之后單擊“查詢”，可以得到相應(yīng)學(xué)號、試卷名稱、題目編號、得分、平均分信息。

4.4 學(xué)生模塊

4.4.1 進(jìn)入考試

單擊導(dǎo)航欄中的“進(jìn)入考試”鏈接，顯示信息分為兩部分：功能區(qū)以及信息區(qū)。功能區(qū)位于上方。學(xué)生選擇試卷編號并單擊“進(jìn)入考試”按鈕進(jìn)入答題頁面。而信息區(qū)域顯示勵志故事，旨在激勵學(xué)生。答題頁面是本次考試試卷全部內(nèi)容。每一道題目由題號、題目內(nèi)容、題型和考生答案四部分構(gòu)成?？荚囋凇翱忌鸢浮敝刑顚懘鸢负髥螕繇撁嫦路降摹疤峤弧卑粹o即可交卷。本系統(tǒng)采用系統(tǒng)自動閱卷功能，在學(xué)生提交答案后系統(tǒng)自動在后臺運行批改程序，在第一時間得到結(jié)果。

4.4.2 成績查詢

選中條件信息（學(xué)號、試卷編號）進(jìn)行查閱。在選中條件之后單擊“查詢”，可以得到相應(yīng)學(xué)號、試卷名稱、題目編號、得分、平均分信息。

5 總結(jié)展望

5.1 總結(jié)

因為基于HUSTOJ的高級語言考試系統(tǒng)是一套能夠?qū)崿F(xiàn)計算機自動批改試卷的高級語言考試系統(tǒng)，而本系統(tǒng)的研究重點是在LAMP（ Linux + Apache + MySQL + PHP ）的框架下，在自動程序判題系統(tǒng)HUSTOJ的基礎(chǔ)上進(jìn)行自行設(shè)計并創(chuàng)建一套高級語言考試系統(tǒng)。可以毫不夸張地說，這是一個新的領(lǐng)域，而我就是一個純粹地探索者——在網(wǎng)絡(luò)地幫助下（特別是百度、谷歌等搜索引擎的幫助以及CSDN等網(wǎng)站的幫助），功能基本實現(xiàn)。

5.2 展望

此次實現(xiàn)了高級語言考試系統(tǒng)的基本功能。其主要特色是借助HUSTOJ實現(xiàn)對程序的自動判題。由于本系統(tǒng)是開源系統(tǒng)，而且是參照工程化的已有項目搭建完成，所以結(jié)構(gòu)清晰，編程規(guī)范，為以后編程人員解讀代碼或再次開發(fā)提供了保障?？傊?，對于本系統(tǒng)的未來努力方向總結(jié)如下：

(1)美觀性：增強界面美觀設(shè)計，使界面更符合大眾對審美的需求；

(2)防作弊性：通過數(shù)學(xué)工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，達(dá)到防作弊的效果；

(3)數(shù)據(jù)表現(xiàn)多樣性：對于各種統(tǒng)計信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖形圖畫的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)諸如折線圖、圓餅圖等功能；

(4)安全性：對于每次用戶登錄（特別是文本框等數(shù)據(jù)輸入），都要通過多種手段進(jìn)行安全驗證，比如正則表達(dá)式等。

[1]張浩斌.基于開放式云平臺的開源在線評測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 計算機科學(xué)2012年增刊,第39 卷第11A 期:339-343,348.

[2]何莉輝，梁滄.基于ACM 國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽的學(xué)習(xí)模式[J].邊疆經(jīng)濟(jì)與文化，2008（6）：95-96.

[3]網(wǎng)絡(luò)教育_維基百科[EB/OL]. http://zh.wikipedia.org/wiki/Linux.

[4]車明洙，紀(jì)洪波.一種基于ACM 程序設(shè)計競賽在線評測系統(tǒng)解決方案 [J].微型機與應(yīng)用,2010（4）:11-13.