基于Koa2的PDSUOJ系統的設計與實現

王飛飛 徐帥武

摘要：針對現有程序在線評測系統存在的運行效率低、功能較為單一的問題，該文設計實現了一基于Koa2的PDSUOJ系統，該系統前端與服務端框架分別采用Rect與Midway，進行數據存儲與緩存時使用PostgreSQL與Redis，同時為了滿足服務之間隔離與快速部署的需求采用Docker作為各個服務的運行容器。該系統主要實現了用戶信息管理、用戶分組信息管理、題目信息管理、題目提交評測、提交數據管理等功能，系統界面簡單友好，運行效率高，可以滿足用戶在線評測程序的需求。

關鍵詞：評測系統;服務端;數據管理

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的發展，各類程序在線評測系統開始出現[1-3]，但是現有的系統大多主要以學生競賽訓練為主，與教學工作相結合用于程序課程考核的較少，因此功能較為單一，在實現學生分組、課程分類、評測結果數據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、系統擴展性與數據安全性較差等問題。為了更好地滿足教學需要，本文在對現有系統進行分析研究的基礎上，根據學生與教師在系統性能、功能和擴展性的需求，確定系統功能與實現該系統所采用的技術，設計實現了一在線評測系統。

2 系統功能需求分析與相關技術

2.1 系統功能需求分析

通過對現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研的基礎上，將系統用戶分為兩類：普通用戶與特權用戶。

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，實現對用戶組信息的修改與刪除，對用戶組內成員信息的管理;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 相關技術分析

本系統前端開發采用Rect，它可以在數據發生變化時檢測到相應信息以完成對視圖的自動更新，從而實現數據到視圖的映射;可以通過Rect構建組件實現代碼復用，也可以實現與其他框架的組合使用;Rect內部實現了Virtual DOM系統，當數據量大且變化快時只更新變化的數據，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的中間件，其開發語言采用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速度，同時內置了單元測試。軟件開發過程中，程序在不同機器上會出現不兼容的狀況，不同的技術也會存在不同的環境依賴，此類問題一般采用虛擬機或者Docker技術解決，由于Docker在啟動、硬盤使用、性能、系統支持量方面存在的優勢，本系統采用Docker技術來解決環境配置問題。

3 系統設計與實現

3.1 系統設計

本系統主體架構包括前端顯示、后端邏輯層與判題服務三部分。其中Rect實現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，服務端僅提供頁面數據，從而減少了網絡請求數據量，頁面展示時為無刷新的切換方式，增加了呈現速度。Service層采用TypeScript作為開發語言進行程序編寫，以Node.js為程序運行環境，如果后端服務壓力過大則可以開啟多個，與前端服務器一起實現負載均衡，減輕后端服務壓力，具體如圖l所示。

用戶提交答案到服務端后，服務端先通過一次Hash對重復提交進行過濾，然后將信息發送至Judge服務器，如果當前判題服務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時則從緩存中進行讀取判題，處理后將結果返回至服務端。具體工作流程如下：

1）評測服務接受評測請求;

2）判斷是否空閑，如果空閑則執行下一步，否則處于等待狀態;

3）對程序進行編譯，如果編譯失敗則跳轉到Error，否則執行下一步;

（Error）響應異常，跳轉到8）;

4）讀取評測數據，運行編譯后的程序對產生的結果進行比較;

5）如果結果正確則跳轉到下一步，否則跳轉到Error;

6）判斷是否還有下一組數據，如果有則跳轉到4），否則執行下一步;

7）響應請求結果為成功，執行下一步;

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

3.2 系統實現

本系統實現的功能有權限管理、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，這樣可以實現無須將頁面下拉到底端即可實現提交功能。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，通過相應配置實現代碼高亮等功能，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，這樣可以減少在數據傳輸過程中可能出現的錯誤;在服務端，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調用prisma.problem方法進行詳細信息的查詢，然后通過prisma. createSubmit創建一個用于提交的等待狀態，并將信息發送給Judge服務器;Judge服務對接收到的信息進行解碼與編譯，然后將運行結果與正確答案進行比較，并將結果發送至SubmitController的updateProb-lem方法，該方法將所有測試產生的運行結果進行遍歷，得出最終運行結果，并將其寫入數據庫。

對題目進行評測時，源代碼編寫采用C++語言實現，具體如下：首先調用parse_arguments函數對傳人的實際參數進行解析，然后在Compiler函數中創建子線程，從而實現對源代碼文件的編譯，最后執行freopen0函數，并重定向到stderr/stdout文件，將結果返回給Main函數。在Main函數中獲取Compiler函數的返回值，若該值為0則給出錯誤信息。當編譯過程結束后，對mate.Json中的文件列表進行遍歷，進行外部數據的讀取，在該過程中，輸入文件使用*.in，保存輸出結果使用temp/*.out文件，如果運行超時，則向相應子進程發出信號，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存寫入result.j son文件，繼續執行下一組數據。

4 結束語

本文在對現有系統與用戶需求進行分析的基礎上，設計實現了以基于Koa2的在線評測系統，系統采用三層架構模式進行開發，主要采用Rect、PostgreSQL等技術，實現了用戶分組管理、分角色權限管理、前端服務端開發分離、題目在線評測等功能，并在學生中進行測試，測試過程與結果表明：該系統界面友好、擴展性強，可以較好地滿足用戶的需求。

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