基于Koa2的PDSUOJ系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王飛飛 徐帥武

摘要：針對現(xiàn)有程序在線評測系統(tǒng)存在的運行效率低、功能較為單一的問題，該文設(shè)計實現(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，進行數(shù)據(jù)存儲與緩存時使用PostgreSQL與Redis，同時為了滿足服務(wù)之間隔離與快速部署的需求采用Docker作為各個服務(wù)的運行容器。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了用戶信息管理、用戶分組信息管理、題目信息管理、題目提交評測、提交數(shù)據(jù)管理等功能，系統(tǒng)界面簡單友好，運行效率高，可以滿足用戶在線評測程序的需求。

關(guān)鍵詞：評測系統(tǒng);服務(wù)端;數(shù)據(jù)管理

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0094-02

1 概述

隨著計算機編程技術(shù)的發(fā)展，各類程序在線評測系統(tǒng)開始出現(xiàn)[1-3]，但是現(xiàn)有的系統(tǒng)大多主要以學生競賽訓練為主，與教學工作相結(jié)合用于程序課程考核的較少，因此功能較為單一，在實現(xiàn)學生分組、課程分類、評測結(jié)果數(shù)據(jù)分組匯總方面存在欠缺，且存在代碼耦合嚴重難以二次開發(fā)、系統(tǒng)擴展性與數(shù)據(jù)安全性較差等問題。為了更好地滿足教學需要，本文在對現(xiàn)有系統(tǒng)進行分析研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)學生與教師在系統(tǒng)性能、功能和擴展性的需求，確定系統(tǒng)功能與實現(xiàn)該系統(tǒng)所采用的技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了一在線評測系統(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

通過對現(xiàn)有在線評測平臺的分析[4-6]，在對教師與學生的需求進行調(diào)研的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)用戶分為兩類：普通用戶與特權(quán)用戶。

普通用戶功能包括個人信息管理、查看排行、題目查詢與瀏覽、題目提交與程序考核管理。其中個人信息管理包括用戶注冊登錄、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信息;題目查詢與瀏覽可以實現(xiàn)分類查詢、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)用戶功能包括用戶管理、題目管理、用戶組信息管理、考核管理。其中用戶管理包括對注冊用戶個人信息進行查看、刪除、修改等，對用戶近期答題情況、錯誤率、排名等情況進行查看;題目管理包括對題目的添加、修改、刪除、隱藏、分類等操作;用戶組信息管理包括新增用戶組，實現(xiàn)對用戶組信息的修改與刪除，對用戶組內(nèi)成員信息的管理;考核管理包括出題、選擇參加學生、對提交題目進行評判等。

2.2 相關(guān)技術(shù)分析

本系統(tǒng)前端開發(fā)采用Rect，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時檢測到相應(yīng)信息以完成對視圖的自動更新，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)到視圖的映射;可以通過Rect構(gòu)建組件實現(xiàn)代碼復用，也可以實現(xiàn)與其他框架的組合使用;Rect內(nèi)部實現(xiàn)了Virtual DOM系統(tǒng)，當數(shù)據(jù)量大且變化快時只更新變化的數(shù)據(jù)，有效地改善了性能瓶頸問題。

Midway是基于Koa2的后端框架，與Koa2相比增加了許多便于開發(fā)的中間件，其開發(fā)語言采用TypeScript，有利于程序的后期擴展，同時兼容Egg.js的寫法，可以利用各種中間件加快開發(fā)速度，同時內(nèi)置了單元測試。軟件開發(fā)過程中，程序在不同機器上會出現(xiàn)不兼容的狀況，不同的技術(shù)也會存在不同的環(huán)境依賴，此類問題一般采用虛擬機或者Docker技術(shù)解決，由于Docker在啟動、硬盤使用、性能、系統(tǒng)支持量方面存在的優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用Docker技術(shù)來解決環(huán)境配置問題。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

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實現(xiàn)前端展示與操作邏輯，SPA模式的采用使頁面切換等由前端處理，服務(wù)端僅提供頁面數(shù)據(jù)，從而減少了網(wǎng)絡(luò)請求數(shù)據(jù)量，頁面展示時為無刷新的切換方式，增加了呈現(xiàn)速度。Service層采用TypeScript作為開發(fā)語言進行程序編寫，以Node.js為程序運行環(huán)境，如果后端服務(wù)壓力過大則可以開啟多個，與前端服務(wù)器一起實現(xiàn)負載均衡，減輕后端服務(wù)壓力，具體如圖l所示。

用戶提交答案到服務(wù)端后，服務(wù)端先通過一次Hash對重復提交進行過濾，然后將信息發(fā)送至Judge服務(wù)器，如果當前判題服務(wù)空閑則直接進行處理，否則將信息存入Redis緩存隊列，當有判題核心處于空閑狀態(tài)時則從緩存中進行讀取判題，處理后將結(jié)果返回至服務(wù)端。具體工作流程如下：

1）評測服務(wù)接受評測請求;

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）對程序進行編譯，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）讀取評測數(shù)據(jù)，運行編譯后的程序?qū)Ξa(chǎn)生的結(jié)果進行比較;

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)請求結(jié)果為成功，執(zhí)行下一步;

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

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能有權(quán)限管理、用戶注冊登錄、題目提交、用戶管理、用戶組管理、題目管理、系統(tǒng)判題等，下面以題目提交與判題為例進行描述。

題目提交實現(xiàn)過程中，將前端頁面分為題目描述與彈窗兩部分，這樣可以實現(xiàn)無須將頁面下拉到底端即可實現(xiàn)提交功能。該模塊中，選擇提交代碼語言時使用Select選擇器，用戶可在基于CodeMirror的代碼輸入框中輸入程序源代碼，通過相應(yīng)配置實現(xiàn)代碼高亮等功能，CodeMirror通過注冊該組件上的on-Change事件獲取用戶輸入的源代碼，代碼提交時通過Base64進行編碼，這樣可以減少在數(shù)據(jù)傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯誤;在服務(wù)端，獲取/upProblem路徑上的post提交時采用SubmitCon-troller類中的方法，提交獲取后通過pid調(diào)用prisma.problem方法進行詳細信息的查詢，然后通過prisma. createSubmit創(chuàng)建一個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)對接收到的信息進行解碼與編譯，然后將運行結(jié)果與正確答案進行比較，并將結(jié)果發(fā)送至SubmitController的updateProb-lem方法，該方法將所有測試產(chǎn)生的運行結(jié)果進行遍歷，得出最終運行結(jié)果，并將其寫入數(shù)據(jù)庫。

對題目進行評測時，源代碼編寫采用C++語言實現(xiàn)，具體如下：首先調(diào)用parse_arguments函數(shù)對傳人的實際參數(shù)進行解析，然后在Compiler函數(shù)中創(chuàng)建子線程，從而實現(xiàn)對源代碼文件的編譯，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則給出錯誤信息。當編譯過程結(jié)束后，對mate.Json中的文件列表進行遍歷，進行外部數(shù)據(jù)的讀取，在該過程中，輸入文件使用*.in，保存輸出結(jié)果使用temp/*.out文件，如果運行超時，則向相應(yīng)子進程發(fā)出信號，返回超時信息，如果運行正常，則對文件進行比較，判斷比較結(jié)果是否一致，一致則為通過，如果不一致則返回錯誤，然后將運行時間和內(nèi)存寫入result.j son文件，繼續(xù)執(zhí)行下一組數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本文在對現(xiàn)有系統(tǒng)與用戶需求進行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計實現(xiàn)了以基于Koa2的在線評測系統(tǒng)，系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模式進行開發(fā)，主要采用Rect、PostgreSQL等技術(shù)，實現(xiàn)了用戶分組管理、分角色權(quán)限管理、前端服務(wù)端開發(fā)分離、題目在線評測等功能，并在學生中進行測試，測試過程與結(jié)果表明：該系統(tǒng)界面友好、擴展性強，可以較好地滿足用戶的需求。

參考文獻：

[1]黃洪波.大規(guī)模編程題在線評判技術(shù)研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學，2016：18-20.

[2]楊志偉，曾艷姍，基于Linux的ACM在線評測系統(tǒng)研究[J].計算機與現(xiàn)代化，2010（6）：166-169.

[3]李博，孟成博.對HUSTOJ在線評測系統(tǒng)的若干優(yōu)化與創(chuàng)新[J].現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2013，（35）：47-50，56.

[4]杜艷美.基于web前端的性能優(yōu)化框架模型研究[D].綿陽：西南科技大學，2018：9-11.

[5]蔡崇超.基于Web的在線判題系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件導刊，2016，15（3）：107-109.

[6]王致遠，周威，陳義明.基于SSM的ACM虛擬判題系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（9）：95-97.