基于C/S模式多層結(jié)構(gòu)的通用計算機在線考試系統(tǒng)的實現(xiàn)

丁革媛，宋 揚，袁忠臣,魏寶武,劉 彤

（沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，遼寧 遼陽 111003）

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展，高校的信息化建設(shè)進程日益深入，其中數(shù)字化校園建設(shè)成為其核心內(nèi)容。縱觀全國各高校的數(shù)字化校園建設(shè)，大多以建設(shè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)字化教學(xué)資源、數(shù)字化教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)字化管理手段和工作環(huán)境；實現(xiàn)數(shù)字化科研和管理；創(chuàng)建數(shù)字化生活空間；實現(xiàn)教育的信息化和現(xiàn)代化等為最終目標[1]。為推動數(shù)字化校園建設(shè)進程，創(chuàng)建數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，開發(fā)出適用于多學(xué)科的計算機在線考試軟件系統(tǒng)。通過此軟件可以實現(xiàn)多學(xué)科網(wǎng)上在線考試，既能把教師從繁重的批閱試卷、復(fù)核試卷、試卷分析等工作中解放出來，又免去了印制紙質(zhì)試卷、按考場分發(fā)試卷、紙質(zhì)試卷保存等很多繁重工作，而且提高了試卷的保密性。

1 C/S模式的多層結(jié)構(gòu)

C/S模式是一種普遍應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)計算模式。傳統(tǒng)的C/S模式是兩層結(jié)構(gòu)，在這種模式下，網(wǎng)絡(luò)中的計算機分為兩個有機部分：客戶機和服務(wù)器。服務(wù)器只負責(zé)各種數(shù)據(jù)的處理和維護，為各個客戶機應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)；客戶機包含文檔處理軟件、決策支持工具、數(shù)據(jù)查詢等應(yīng)用邏輯程序，通過網(wǎng)絡(luò)使用SQL語言發(fā)送、請求和分析從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)。這是一種 “胖客戶機(Fat Client)”、“瘦服務(wù)器(Thin Server)”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。 隨著C/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的不斷擴大和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)的缺陷日益明顯，如系統(tǒng)的可靠性有所降低、缺乏靈活性、資源浪費嚴重、維護費用較高等[2]。

為解決這一問題，網(wǎng)絡(luò)計算模式逐漸從兩層擴展到N層，形成多層結(jié)構(gòu)。在多層結(jié)構(gòu)中把業(yè)務(wù)邏輯獨立出來，使得應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)模式變?yōu)橄旅嫘问剑?/p>

(1)客戶端。只注重人機界面的設(shè)計，不必關(guān)心業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫的訪問，使開發(fā)大大簡化，并且使得原兩層結(jié)構(gòu)的胖客戶機變成瘦客戶機。

(2)中間業(yè)務(wù)邏輯層。提供客戶端程序調(diào)用的業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則，以完成其業(yè)務(wù)操作。當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯改變時，客戶端不必改變。

(3)數(shù)據(jù)庫服務(wù)層。提供對數(shù)據(jù)庫進行各種操作的方法，由中間業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用完成業(yè)務(wù)邏輯。

可以看出，在多層結(jié)構(gòu)中，層次劃分不是物理上的劃分，而是結(jié)構(gòu)邏輯上的劃分，即按應(yīng)用目標劃分。如果客戶端要求響應(yīng)速度很快，業(yè)務(wù)組件的體積較小，業(yè)務(wù)組件可以放在客戶端；如果業(yè)務(wù)組件包含大量對數(shù)據(jù)庫的操作，可以配置在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，以減少網(wǎng)絡(luò)負載，提高運算速度；如果業(yè)務(wù)組件可供大多數(shù)客戶機程序訪問,則可以使用業(yè)務(wù)組件構(gòu)成一個應(yīng)用服務(wù)器，供大家訪問。由于多層結(jié)構(gòu)的運行機制，使得多層結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)點[3]。

(1)可伸縮性好。可按應(yīng)用要求部署邏輯層次，適應(yīng)于本地網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

(2)網(wǎng)絡(luò)效率高。通過合理布局，因網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大減少，網(wǎng)絡(luò)效率得到提高。

(3)可管理性強。客戶端基本實現(xiàn)“零維護”，主要管理工作集中在應(yīng)用邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯的修改對客戶端沒有影響。

(4)可重用性好。按可提供的服務(wù)構(gòu)筑應(yīng)用，每種服務(wù)可以被不同的應(yīng)用再次使用。由于系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮慕M件構(gòu)成，進一步增加了可重用性。

2系統(tǒng)需求分析

數(shù)字化教學(xué)環(huán)境是學(xué)校數(shù)據(jù)化校園建設(shè)的重要組成部分。而數(shù)字化教學(xué)環(huán)境以建立網(wǎng)上教務(wù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)上考試系統(tǒng)、網(wǎng)上答疑系統(tǒng)和網(wǎng)上討論系統(tǒng)等為主要內(nèi)容。目前，已實現(xiàn)網(wǎng)上教務(wù)管理、網(wǎng)上答疑和網(wǎng)上討論目標。為實現(xiàn)網(wǎng)上考試目標，探索開發(fā)適用于多學(xué)科的計算機在線考試軟件系統(tǒng)成為關(guān)鍵。要開發(fā)出適用于多學(xué)科的平臺型計算機在線考試系統(tǒng)，首先對試題內(nèi)容、試題形式、評分標準、試題數(shù)量、試卷分析等問題要進行周密的考慮，據(jù)此設(shè)計出一種能夠適用于多學(xué)科的平臺型試卷模板，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正常運行的前提下，實現(xiàn)網(wǎng)上在線考試。通過該考試系統(tǒng)，完成自動抽取試卷、自動批閱試卷、自動回收成績、自動分析試卷、打印成績單等功能。針對軟件系統(tǒng)的功能和性能等實際需求，設(shè)計服務(wù)器開發(fā)環(huán)境采用安全性較高穩(wěn)定性較好的數(shù)據(jù)服務(wù)器SQL Server 2000，采用Windows 2003 Server作為服務(wù)器操作系統(tǒng)，C/S結(jié)構(gòu)前端采用Borland Delphi 7作為開發(fā)工具[4]。

3系統(tǒng)功能設(shè)計

在需求分析的基礎(chǔ)上，確定計算機在線考試軟件系統(tǒng)包括服務(wù)器管理、學(xué)生管理、考試管理、題庫管理、自動閱卷、試卷分析和系統(tǒng)維護等功能，其軟件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4系統(tǒng)實現(xiàn)

由于軟件系統(tǒng)中的服務(wù)器要同時與大量的考試終端發(fā)生信息交互，為了避免由于服務(wù)器處理負荷過重而引起的系統(tǒng)崩潰，同時要保證整個系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全性，設(shè)計采用C/S模式多層網(wǎng)絡(luò)計算模式。通過將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端，再充分利用兩端的硬件環(huán)境優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)處理效率并實現(xiàn)考試終端和管理中心的雙向通信。軟件系統(tǒng)客戶端運行時的主界面如圖2所示。

4.1中間業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計

中間層服務(wù)器是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，在中間層上設(shè)計了大量的遠程方法供客戶端調(diào)用，這種方式稱為“瘦客戶機，胖服務(wù)器”模式。使用該模式，當(dāng)客戶功能有所變動時，只需更改中間層上的方法，而不用重新分發(fā)客戶端。在Delphi7中使用DataSetProvider控件提供RPC服務(wù)，對于客戶端的每一個操作，都可以通過在中間層服務(wù)器中設(shè)計相應(yīng)的方法實現(xiàn)[5]。在中間層設(shè)計的兩個主要方法如下：

4.2軟件系統(tǒng)的主要技術(shù)特點

(1)考試時由考生隨機抽題組卷，同時確保相鄰考生抽取不同的試題。實現(xiàn)該功能的存儲過程如下：

(2)IP安全技術(shù)：考試系統(tǒng)中將考試IP限定在某一區(qū)域內(nèi)，如192.168.36.1到 192.168.36.200，可以防止在考場外進行替考，同時在考試時通過“禁止未登錄考生參加考試”功能，在考生登錄之后進一步避免了場外替考現(xiàn)象的發(fā)生。此外，將考生考號和考生機器IP地址進行綁定，考生在考試過程中，只能在一臺計算機上答題，以防止考生之間相互換題等作弊行為。當(dāng)考生登錄到考試系統(tǒng)以后，將考生機器IP地址寫入考生信息表以及登錄IP表，防止一個考號在兩臺機器上登錄。

(3)考試時間限制：考生第一次取題開始計時，到規(guī)定的時間結(jié)束，考生只有在該時間內(nèi)可以取題，其他時間都不能取題，計時由服務(wù)器完成，同時，若考試過程中由于意外情況導(dǎo)致考試終止時，監(jiān)考老師可以通過輸入二次答題密碼的方式讓考生繼續(xù)答題，從而實現(xiàn)考生考試時間的公平性，又加強了試題的安全性。

(4)大量應(yīng)用存儲過程，保障系統(tǒng)的快速反應(yīng)和高效運行。例如，將考生抽取的試題加入到考試數(shù)據(jù)庫中的存儲過程：

(5)數(shù)據(jù)加密功能。軟件系統(tǒng)中使用了關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)庫動態(tài)加密兩種技術(shù)。對于考試系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)使用關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密技術(shù)，如試題庫中的試題采用加密的方式存儲，用戶登錄時的密碼加密后保存到數(shù)據(jù)庫中,以免被他人獲取并泄漏。而用戶每次登錄數(shù)據(jù)庫時,系統(tǒng)都會自動修改數(shù)據(jù)庫密碼并進行加密存儲，這樣使得數(shù)據(jù)庫密碼具有不確定性，大大增加了數(shù)據(jù)庫的安全性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫動態(tài)加密[6]。

(6)試題錄入功能獨立于主系統(tǒng)。將試題錄入功能與主系統(tǒng)分開，既保障了系統(tǒng)的安全性，又方便教師進行試題錄入。通過設(shè)置登錄賬號和錄入科目，限制教師只能在指定時間內(nèi)根據(jù)指定的驗證碼錄入指定科目試題，增加了題庫的安全性。

采用C/S模式多層結(jié)構(gòu)開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的C/S模式結(jié)構(gòu)有著無法比擬的優(yōu)勢。該軟件系統(tǒng)主要采用了多層結(jié)構(gòu)使得業(yè)務(wù)邏輯從客戶端分離出來，在最為關(guān)鍵的中間層上，設(shè)計了大量的遠程方法供客戶端調(diào)用，從而形成“瘦客戶機，胖服務(wù)器”模式，不但很好地實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的各項功能，而且簡化了程序設(shè)計，大大減少了網(wǎng)絡(luò)流量，從而提高軟件系統(tǒng)的運行效率、可維護性和整體性能。

[1]郭清順.高校數(shù)字化校園建設(shè)的整體目標與實施策略[EB/OL].http：//www.sysu.edu.cn/2003/xxzy/yth/text/mubiao.ppt.

[2]孫志鋒，徐鏡春,歷小潤.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004：186-189.

[3]李舒，陳麗君.高校學(xué)生成績管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].遼寧大學(xué)學(xué)報.自然科學(xué)版，2006，33(3)：283-285.

[4]席茂軍，方勇，吳少華,等.Delphi+SQL Server 2000平臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)研究[J].計算機工程與設(shè)計，2009，30(5)：1245-1246.

[5]胡開明，陳建華，陳素燕,等.基于 Delphi的 SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安全監(jiān)控[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，25(3)：120-122.

[6]吳小林，蔣先剛,高艷錦.基于Delphi的多層數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)連接技術(shù)的研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2005，22(1)：68-70.