分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐嘉

摘 ?要：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)考試要求，但是其弊端更為明顯，無法達(dá)到更好的應(yīng)用效果。分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)則更具合理化系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)，能夠達(dá)到更好的應(yīng)用效果。本文就分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望可以為分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)的更好應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式系統(tǒng);考試系統(tǒng);閱卷系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP309 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 ? 引言（Introduction）

所謂分布式系統(tǒng)，指的是網(wǎng)絡(luò)上所建立和應(yīng)用的軟件系統(tǒng)。由于軟件具有獨(dú)特的操作優(yōu)勢(shì)，從而決定了分布式系統(tǒng)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的內(nèi)聚性和透明性。所以，網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間所具有的明顯區(qū)別主要對(duì)高層軟件的操作應(yīng)用，而不屬于硬件方面的區(qū)別。在分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)所提供給用戶的硬件，軟件服務(wù)功能是一個(gè)整體，可以用一個(gè)完整的系統(tǒng)來進(jìn)行理解。在該系統(tǒng)上，具有豐富的物理資源和邏輯資源，能夠及時(shí)完成操作任務(wù)的分配，來實(shí)現(xiàn)對(duì)物理和邏輯資源的有效分散，從而最終通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行信息的交流傳輸。系統(tǒng)中所擁有的信息處理的完整操作處理功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源的分布式操作與管理的應(yīng)用系統(tǒng)。一般來講，從用戶的角度出發(fā)，分布式系統(tǒng)只采用一種模型設(shè)計(jì)。操作系統(tǒng)中設(shè)置有軟件中間件來負(fù)責(zé)對(duì)模型所具備的功能進(jìn)行管理。目前，最為成功的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果便是萬維網(wǎng)。在萬維網(wǎng)中進(jìn)行信息內(nèi)容的瀏覽，感覺是在同一個(gè)頁面上。而在普通的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，這種具備統(tǒng)一管理功能的模型和軟件是不存在的。用戶只能看到實(shí)體機(jī)器，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不能賦予這些機(jī)器具有統(tǒng)一性。如果這些機(jī)器所配備的硬件或者操作系統(tǒng)存在明顯的不同，那么對(duì)于具有差異需求的用戶來講就能夠完全可見。如果一名用戶具有在一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)運(yùn)行一個(gè)程序操作需求，他就需要首先在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上完成登錄，才能在使用的計(jì)算機(jī)上打開該程序[1]。

2 ? 分布式系統(tǒng)概述（Overview of distributed systems）

分布式系統(tǒng)和普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所存在的共同之處是，分布式系統(tǒng)必須依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)，這也就決定了兩者在物理結(jié)構(gòu)方面存在著較大的相似性。而兩者之間所具有的差異是：兩者的設(shè)計(jì)理念存在明顯的不同，導(dǎo)致其在結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和技術(shù)功能等方面存在較大的不同。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的應(yīng)用，需要用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的相關(guān)知識(shí)和操作方法進(jìn)行熟悉和了解。例如用戶需要掌握自己所使用計(jì)算機(jī)的硬件配置、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)構(gòu)等知識(shí)信息。在使用過程中，如果用戶想要查閱一份共享文件時(shí)，用戶必須要清楚該文件的具體保存位置。而分布式操作系統(tǒng)屬于全局化的網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)，它具備讓用戶隨時(shí)合理使用網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)功能，并且使用過程處于公開透明的狀態(tài)[2]。當(dāng)用戶需要提交作業(yè)時(shí)，分布式操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇用合適的程序，來完成對(duì)該作業(yè)的處理，最后將處理結(jié)果訪饋給用戶。在處理的過程中，用戶并不能感知到其他程序或處理器的存在，這個(gè)系統(tǒng)與智能化處理器的功能有著異曲同工之妙。

內(nèi)聚性指的是每一個(gè)數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)分布具有自我管理的功能，擁有本地的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。透明性指的是每一個(gè)數(shù)據(jù)庫所存在的節(jié)點(diǎn)。分布對(duì)用戶的應(yīng)用操作來講，是處于透明狀態(tài)的，用戶無法準(zhǔn)確辨識(shí)是本地還是遠(yuǎn)程，在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用操作過程中，無法感覺到數(shù)據(jù)的分布管理狀態(tài)，既不用知曉關(guān)系是否被分割、無副本、數(shù)據(jù)保存的位置等信息。

3 ? 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（Structure of system）

考試系統(tǒng)采用B/S的模式設(shè)計(jì)。該技術(shù)模式是圍繞著WEB基礎(chǔ)為支撐所研發(fā)的新型計(jì)算模型。該技術(shù)與以往的C/S結(jié)構(gòu)模式相比，在技術(shù)功能方面所存在的優(yōu)勢(shì)包括：第一，讓客戶端更加簡(jiǎn)化，用戶在完成瀏覽器的安裝后便可使用，不用再另行下載安裝其他軟件。第二，讓系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)更加高效便捷。B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，全部操作功能均可以在WEB服務(wù)器上完成，在系統(tǒng)的更新、維護(hù)等方面更加高效便利，從而有效降低了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)人員的工作量。第三，用戶操作更加簡(jiǎn)單快捷，用戶使用系統(tǒng)所參加的考試對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行有效地檢測(cè)。第四，為網(wǎng)上信息的發(fā)布提供更加適宜的系統(tǒng)操作平臺(tái)。在以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)考試中，教師必須要完成試卷的批改后，將學(xué)生的考試成績(jī)進(jìn)行整理匯總，才能在系統(tǒng)上進(jìn)行登記和完成考試成績(jī)的公布，這一套工作流程和內(nèi)容往往需要耗費(fèi)教師過多的時(shí)間和精力。而B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用于考試系統(tǒng)上，能夠?qū)鹘y(tǒng)的閱卷系統(tǒng)功能進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)，教室可以直接將學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行安全的保存，并且可以在其他學(xué)生管理系統(tǒng)上快速實(shí)現(xiàn)成績(jī)信息的共享與發(fā)布。計(jì)算機(jī)應(yīng)用考試系統(tǒng)中的網(wǎng)上考試系統(tǒng)主要包括以下三層結(jié)構(gòu)模式的設(shè)計(jì)，詳情如圖1所示。

在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的客戶端所具備的主要功能是用來接收用戶的請(qǐng)求、對(duì)請(qǐng)求操作完成的情況及時(shí)給予顯示。在客戶端內(nèi)部，又包括了學(xué)生子端、教師子端和管理員子端的功能。學(xué)生指端主要為參加考試的學(xué)生提供操作管理服務(wù)，學(xué)生可以應(yīng)用該平臺(tái)快速完成信息的注冊(cè)、答題和考試成績(jī)的查詢以及與教師進(jìn)行溝通交流等。教師子端主要對(duì)教師提供相關(guān)信息管理服務(wù)，主要包括：題庫內(nèi)容的增加與刪減、批改學(xué)生答題、對(duì)學(xué)生提出的問題給予回答等功能;管理員子端負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所提供的管理與服務(wù)功能。主要包括：對(duì)系統(tǒng)所有用戶進(jìn)行管理，例如增加和刪除用戶、使用系統(tǒng)的授權(quán)以及考試系統(tǒng)的更新維護(hù)等功能[3]。

第二層的WWW服務(wù)器主要包括兩項(xiàng)功能，一是對(duì)客戶端和服務(wù)器端進(jìn)行隔離，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定;二是為ASP技術(shù)的應(yīng)用提供支持服務(wù)，為用戶創(chuàng)造更加高效便捷的操作體驗(yàn)。

第三層為服務(wù)端，服務(wù)端主要包括兩個(gè)子層，即業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫服務(wù)層。系統(tǒng)上所存在的所有用戶信息、試題內(nèi)容和考試成績(jī)能都保存在后者上。這些信息是保持同步和已訪問的。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在整個(gè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中處于核心地位;在業(yè)務(wù)邏輯層所設(shè)計(jì)的功能服務(wù)器由多種不同的小功能服務(wù)器組成，例如，考試服務(wù)器、上傳服務(wù)器、管理服務(wù)器等，都采用的是分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效支撐與保障。

4 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)（Key technologies in system design）

4.1 ? 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

保證考試的公平公正進(jìn)行是計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)應(yīng)用的首要目標(biāo)。因此，系統(tǒng)的技術(shù)功能設(shè)計(jì)必須要能夠準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生作弊和考題泄露等不良現(xiàn)象。由于網(wǎng)絡(luò)存在的安全隱患，因此，必須要加強(qiáng)考試系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)，由于考試現(xiàn)場(chǎng)所具有的獨(dú)特場(chǎng)景，詳情見圖2，需要對(duì)考生所使用的計(jì)算機(jī)和考試服務(wù)器之間添加設(shè)置考試網(wǎng)關(guān)，以起到與WWW服務(wù)器的加載和連接的功能作用。

考試網(wǎng)關(guān)所具有的功能主要為對(duì)考試的現(xiàn)場(chǎng)答題情況進(jìn)行監(jiān)控，以及將監(jiān)控信息實(shí)時(shí)傳遞到考試服務(wù)器上。并且系統(tǒng)上所具備的全部安全防范措施均能夠在考試網(wǎng)管上體現(xiàn)出來。根據(jù)國際化網(wǎng)絡(luò)安全組織ISO定義標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)，還為考試網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)了以下幾項(xiàng)功能：

第一，身份認(rèn)證：該項(xiàng)功能主要指的是對(duì)主機(jī)和用戶的使用身份完成雙重驗(yàn)證。其中，主機(jī)認(rèn)證指的是在考試網(wǎng)上設(shè)置訪問考試服務(wù)器的源主機(jī)的IP地址范圍，這樣參加考試的計(jì)算機(jī)在發(fā)出請(qǐng)求后，主機(jī)既可以即時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的IP地址進(jìn)行審核驗(yàn)證，待審核通過后學(xué)生所操作的計(jì)算機(jī)才能具有考試資格。只有待完成主機(jī)認(rèn)證之后才能進(jìn)行用戶認(rèn)證的相關(guān)操作，否則學(xué)生將無法參加考試。

由于TCP/IP技術(shù)協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)并未將網(wǎng)絡(luò)安全作為重點(diǎn)考慮因素，從導(dǎo)致系統(tǒng)存在較多的安全漏洞。例如，考生能夠私自修改IP地址，修改成具有參加考試資格的IP來參加考試。因此在完成主機(jī)認(rèn)證之后，就需要再次通過用戶認(rèn)證。考試網(wǎng)關(guān)采用“用戶名+口令”的設(shè)計(jì)模式來對(duì)用戶的考試資格進(jìn)行審核驗(yàn)證[4]。因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)號(hào)是唯一的，并且也能夠快速準(zhǔn)確的識(shí)別，非常適合作為口令;口令是根據(jù)考試網(wǎng)關(guān)密碼中的自動(dòng)程序所隨機(jī)產(chǎn)生的，并適應(yīng)暗文的方式進(jìn)行保存。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入考場(chǎng)之前，監(jiān)考老師需要對(duì)學(xué)生的身份進(jìn)行審核確認(rèn)，然后用明文的方式將口令發(fā)給每一名考生。學(xué)生在使用口令完成系統(tǒng)登錄后，屏幕上會(huì)顯示學(xué)生的檔案信息，以便讓監(jiān)考老師再次進(jìn)行驗(yàn)證，有效防止替考等作弊現(xiàn)象的發(fā)生[5]。

第二，數(shù)據(jù)加密?？荚嚤仨氁ＷC公開、公平、公正的效果，因此必須要嚴(yán)加防范試題泄露等情況的發(fā)生。在分布式計(jì)算及應(yīng)用水平考試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保存在服務(wù)器端的試題除了在數(shù)據(jù)庫設(shè)置有安全保護(hù)功能外，還另外設(shè)置了一套加密手段。文中所指的試題也包括試題所涉及的圖片、表格、公式、文字等格式信息內(nèi)容。試題在編制完成后，由負(fù)責(zé)出題的教師自己來設(shè)置一組密鑰，也就是所謂的KP，該密鑰是由對(duì)稱加密的算法設(shè)置而成，例如，DES、RC-4、IDEA等，來對(duì)編制的試題進(jìn)行加密處理，然后在試題庫中進(jìn)行上傳保存，該密鑰只有負(fù)責(zé)出題的教師掌握。這樣，除了教師以外的人就無法知道KP，也就意味著不能獲知試題的內(nèi)容，從而使考題泄露的問題得到有效地防范與解決。當(dāng)考試開始之前，出題教師應(yīng)用考試服務(wù)器將密鑰發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，由考試網(wǎng)關(guān)來完成解密，然后將解密后的試題傳送至考生的計(jì)算機(jī)上。設(shè)置試題的明文格式為P，則加密后的試題格式為Ekp（P），具體轉(zhuǎn)換的流程如圖3所示。

4.2 ? 主觀題閱卷子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用考試活動(dòng)中，主觀題一直是困擾閱卷系統(tǒng)功能改進(jìn)的重要難題。由于主觀題的回答具有較強(qiáng)的靈活性，采用固定模式的程序段在表達(dá)方式上都存在著一定的缺陷，因此，對(duì)閱卷子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要對(duì)所有的可能出現(xiàn)的語言表達(dá)方式做全面細(xì)致的考慮，否則就無法實(shí)現(xiàn)閱卷準(zhǔn)確無誤的效果，無法保證考試成的績(jī)公正公平[6]。

為了有效地解決這一問題，分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用考試模式下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用程序填空法來對(duì)閱卷功能的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效改進(jìn)。該方法的應(yīng)用基本原理是在一段具備部分閱卷功能的程序段中，在不干擾程序正常閱卷功能的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的部分語句進(jìn)行省略，然后讓考生在省略處完成答案的填寫。并且要按照題目的要求進(jìn)行填寫。與此同時(shí)，在使用程序進(jìn)行閱卷的過程中，還需要應(yīng)用深度優(yōu)先搜索算法來有效控制體搜索的空間規(guī)模。那就是先尋找程序代碼中的關(guān)鍵字。按照關(guān)鍵字，來搜索相應(yīng)的分分支內(nèi)容。將集中對(duì)分支上的關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行搜索。并且暫時(shí)放棄對(duì)其他分支內(nèi)容的搜索。搜索過程中所查找到的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都屬于該程序，可能得解考生的填空。需要和搜索路徑上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)保持一致。該道題就就算答對(duì)[7]。

我們用在考試中經(jīng)常見到的循環(huán)語句表達(dá)方式作為例子，來對(duì)該原理進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。假如某個(gè)程序段所具備的一項(xiàng)功能必須要依靠循環(huán)語句才能實(shí)現(xiàn)。但是循環(huán)語句擁有著多種多樣的語句表達(dá)類型，例如，F(xiàn)or語句和While語句， 其中，有關(guān)for語句有著較多的表達(dá)方式。而后者的語句表達(dá)方式較為相似。那么，就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)所有可能出現(xiàn)的合理答案。進(jìn)行全面周詳?shù)目紤]。來以搜索樹的節(jié)點(diǎn)方式在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進(jìn)行保存。程序?qū)W(xué)生所回答的問題中的關(guān)鍵字進(jìn)行搜索和查找。如for，提前提前完成對(duì)搜索的分支查找明確。然后按照該分支，閱卷系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除?？忌鸢钢械目崭癫糠帧３绦驎?huì)對(duì)考生的答題內(nèi)容與查找出的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)匹配，對(duì)于匹配成功的節(jié)點(diǎn)，也就表示考生的答題正確。如果沒有匹配成功的節(jié)點(diǎn)。就將該空格的答案做零分處理，然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)空格的閱卷。

5 ? 結(jié)論（Conclusion）

綜上所述，分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用有效解決了在以往計(jì)算機(jī)應(yīng)用操作考試中所經(jīng)常出現(xiàn)的替考、考題泄露等作弊現(xiàn)象，有效促進(jìn)了考試質(zhì)量的進(jìn)步與提升，對(duì)考生的答題和教師的批改閱卷都提供了有效地便利。在分布式系統(tǒng)應(yīng)用支持下，不僅提升教師閱卷效率，還有效保證了閱卷的質(zhì)量。從而為實(shí)現(xiàn)公開、公平、公正的考試目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在本文中，筆者對(duì)分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及所應(yīng)用的技術(shù)原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述分析闡述。目前，該系統(tǒng)所具備的較強(qiáng)兼容性、管理維護(hù)便捷、信息處理高效智能等都是特點(diǎn)，受到了很多學(xué)校和單位的認(rèn)可與肯定，也決定了其具備更加廣闊的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用價(jià)值。我們相信。隨著分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步與提升，計(jì)算機(jī)應(yīng)用考試系統(tǒng)將具有。更加先進(jìn)和豐富的技術(shù)功能，以滿足更多的考試管理需求。

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作者簡(jiǎn)介：

徐 ? 嘉（1983-），女，碩士，教研員.研究領(lǐng)域：信息化教育，職業(yè)教育.