基于Koa2的PDSUOJ系统的设计与实现

王飞飞 徐帅武

摘要：针对现有程序在线评测系统存在的运行效率低、功能较为单一的问题，该文设计实现了一基于Koa2的PDSUOJ系统，该系统前端与服务端框架分别采用Rect与Midway，进行数据存储与缓存时使用PostgreSQL与Redis，同时为了满足服务之间隔离与快速部署的需求采用Docker作为各个服务的运行容器。该系统主要实现了用户信息管理、用户分组信息管理、题目信息管理、题目提交评测、提交数据管理等功能，系统界面简单友好，运行效率高，可以满足用户在线评测程序的需求。

关键词：评测系统;服务端;数据管理

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）03-0094-02

1 概述

随着计算机编程技术的发展，各类程序在线评测系统开始出现[1-3]，但是現有的系统大多主要以学生竞赛训练为主，与教学工作相结合用于程序课程考核的较少，因此功能较为单一，在实现学生分组、课程分类、评测结果数据分组汇总方面存在欠缺，且存在代码耦合严重难以二次开发、系统扩展性与数据安全性较差等问题。为了更好地满足教学需要，本文在对现有系统进行分析研究的基础上，根据学生与教师在系统性能、功能和扩展性的需求，确定系统功能与实现该系统所采用的技术，设计实现了一在线评测系统。

2 系统功能需求分析与相关技术

2.1 系统功能需求分析

通过对现有在线评测平台的分析[4-6]，在对教师与学生的需求进行调研的基础上，将系统用户分为两类：普通用户与特权用户。

普通用户功能包括个人信息管理、查看排行、题目查询与浏览、题目提交与程序考核管理。其中个人信息管理包括用户注册登录、信息查看与信息修改;查看排行可以分组查看，也可以查看他人的成绩信息;题目查询与浏览可以实现分类查询、模糊搜索、题目自定义排序与查看详情;题目提交为答题完毕后提交题目。

特权用户功能包括用户管理、题目管理、用户组信息管理、考核管理。其中用户管理包括对注册用户个人信息进行查看、删除、修改等，对用户近期答题情况、错误率、排名等情况进行查看;题目管理包括对题目的添加、修改、删除、隐藏、分类等操作;用户组信息管理包括新增用户组，实现对用户组信息的修改与删除，对用户组内成员信息的管理;考核管理包括出题、选择参加学生、对提交题目进行评判等。

2.2 相关技术分析

本系统前端开发采用Rect，它可以在数据发生变化时检测到相应信息以完成对视图的自动更新，从而实现数据到视图的映射;可以通过Rect构建组件实现代码复用，也可以实现与其他框架的组合使用;Rect内部实现了Virtual DOM系统，当数据量大且变化快时只更新变化的数据，有效地改善了性能瓶颈问题。

Midway是基于Koa2的后端框架，与Koa2相比增加了许多便于开发的中间件，其开发语言采用TypeScript，有利于程序的后期扩展，同时兼容Egg.js的写法，可以利用各种中间件加快开发速度，同时内置了单元测试。软件开发过程中，程序在不同机器上会出现不兼容的状况，不同的技术也会存在不同的环境依赖，此类问题一般采用虚拟机或者Docker技术解决，由于Docker在启动、硬盘使用、性能、系统支持量方面存在的优势，本系统采用Docker技术来解决环境配置问题。

3 系统设计与实现

3.1 系统设计

本系统主体架构包括前端显示、后端逻辑层与判题服务三部分。其中Rect实现前端展示与操作逻辑，SPA模式的采用使页面切换等由前端处理，服务端仅提供页面数据，从而减少了网络请求数据量，页面展示时为无刷新的切换方式，增加了呈现速度。Service层采用TypeScript作为开发语言进行程序编写，以Node.js为程序运行环境，如果后端服务压力过大则可以开启多个，与前端服务器一起实现负载均衡，减轻后端服务压力，具体如图l所示。

用户提交答案到服务端后，服务端先通过一次Hash对重复提交进行过滤，然后将信息发送至Judge服务器，如果当前判题服务空闲则直接进行处理，否则将信息存入Redis缓存队列，当有判题核心处于空闲状态时则从缓存中进行读取判题，处理后将结果返回至服务端。具体工作流程如下：

1）评测服务接受评测请求;

2）判断是否空闲，如果空闲则执行下一步，否则处于等待状态;

3）对程序进行编译，如果编译失败则跳转到Error，否则执行下一步;

（Error）响应异常，跳转到8）;

4）读取评测数据，运行编译后的程序对产生的结果进行比较;

5）如果结果正确则跳转到下一步，否则跳转到Error;

6）判断是否还有下一组数据，如果有则跳转到4），否则执行下一步;

7）响应请求结果为成功，执行下一步;

8）判断缓存队列中是否存在等待中的请求，如果存在则跳转到3），否则结束程序。

3.2 系统实现

本系统实现的功能有权限管理、用户注册登录、题目提交、用户管理、用户组管理、题目管理、系统判题等，下面以题目提交与判题为例进行描述。

题目提交实现过程中，将前端页面分为题目描述与弹窗两部分，这样可以实现无须将页面下拉到底端即可实现提交功能。该模块中，选择提交代码语言时使用Select选择器，用户可在基于CodeMirror的代码输入框中输入程序源代码，通过相应配置实现代码高亮等功能，CodeMirror通过注册该组件上的on-Change事件获取用户输入的源代码，代码提交时通过Base64进行编码，这样可以减少在数据传输过程中可能出现的错误;在服务端，获取/upProblem路径上的post提交时采用SubmitCon-troller类中的方法，提交获取后通过pid调用prisma.problem方法进行详细信息的查询，然后通过prisma. createSubmit创建一个用于提交的等待状态，并将信息发送给Judge服务器;Judge服务对接收到的信息进行解码与编译，然后将运行结果与正确答案进行比较，并将结果发送至SubmitController的updateProb-lem方法，该方法将所有测试产生的运行结果进行遍历，得出最终运行结果，并将其写入数据库。

对题目进行评测时，源代码编写采用C++语言实现，具体如下：首先调用parse_arguments函数对传人的实际参数进行解析，然后在Compiler函数中创建子线程，从而实现对源代码文件的编译，最后执行freopen0函数，并重定向到stderr/stdout文件，将结果返回给Main函数。在Main函数中获取Compiler函数的返回值，若该值为0则给出错误信息。当编译过程结束后，对mate.Json中的文件列表进行遍历，进行外部数据的读取，在该过程中，输入文件使用*.in，保存输出结果使用temp/*.out文件，如果运行超时，则向相应子进程发出信号，返回超时信息，如果运行正常，则对文件进行比较，判断比较结果是否一致，一致则为通过，如果不一致则返回错误，然后将运行时间和内存写入result.j son文件，继续执行下一组数据。

4 结束语

本文在对现有系统与用户需求进行分析的基础上，设计实现了以基于Koa2的在线评测系统，系统采用三层架构模式进行开发，主要采用Rect、PostgreSQL等技术，实现了用户分组管理、分角色权限管理、前端服务端开发分离、题目在线评测等功能，并在学生中进行测试，测试过程与结果表明：该系统界面友好、扩展性强，可以较好地满足用户的需求。

参考文献：

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