36558.大規(guī)模編程題在線評(píng)判技術(shù)研究

1、學(xué)校代碼：10564學(xué)號(hào)：2013204206分類(lèi)號(hào)：TP314密級(jí)：碩士學(xué)位論文大規(guī)模編程題在線評(píng)判技術(shù)研究黃洪波指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：宋鴻陟教授學(xué)院名學(xué)院名稱(chēng)：數(shù)學(xué)與信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)名專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)答辯委員會(huì)主席：答辯委員會(huì)主席：戰(zhàn)蔭偉教授中國(guó)廣州2016年6月I摘要編程題在線評(píng)判技術(shù)是協(xié)調(diào)龐大編程學(xué)習(xí)者群體和稀缺的教學(xué)資源矛盾的手段之一，它弱化了學(xué)生數(shù)量對(duì)教師工作量的影響，使大規(guī)模編程在線教育成為可能。當(dāng)前流行的編程題在線評(píng)判系統(tǒng)

2、多為ACMICPC（AssociationfComputingMachineryInternationalCollegiateProgrammingContest）賽制專(zhuān)用的評(píng)判系統(tǒng)。該類(lèi)系統(tǒng)最先用于算法的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。此類(lèi)系統(tǒng)基于黑盒模型對(duì)學(xué)生代碼進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)通過(guò)的測(cè)試數(shù)據(jù)組數(shù)打分。如今許多高校都在編程課中引入ACM的在線評(píng)判系統(tǒng)。但是ACM的專(zhuān)用評(píng)判系統(tǒng)用于教學(xué)中也存在一些缺陷。首先，隨著編程語(yǔ)言和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，單純黑盒測(cè)試的

3、模式已不能很好地契合新興編程語(yǔ)言的教學(xué)要求。例如，黑盒測(cè)試可以分辨出錯(cuò)誤的程序結(jié)果，卻不能判斷該代碼是否符合面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。其次，ACM的賽制懲罰不通過(guò)的提交，違背了現(xiàn)代編程教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生多練習(xí)的教育理念，同時(shí)也規(guī)避了大規(guī)?？荚囍懈卟l(fā)提交代碼的問(wèn)題。最后，評(píng)判系統(tǒng)使用場(chǎng)景的實(shí)名制回避了編程題評(píng)判系統(tǒng)應(yīng)涉及的安全挑戰(zhàn)，且一些系統(tǒng)使用的安全方案后續(xù)維護(hù)和遷移成本較大。本文探討了編程題在線評(píng)判系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了大規(guī)?？荚嚰坝?jì)算機(jī)

4、編程考試的需求，結(jié)合目前廣泛采用的ACM賽制專(zhuān)用評(píng)判系統(tǒng)的不足，針對(duì)系統(tǒng)規(guī)模、實(shí)時(shí)性、安全性、評(píng)判粒度和多知識(shí)點(diǎn)評(píng)判等5個(gè)現(xiàn)代編程教學(xué)評(píng)判需求，提出了一種基于分布式、虛擬化和插件技術(shù)的多知識(shí)點(diǎn)編程題評(píng)判方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了支持在線擴(kuò)容的編程題在線評(píng)判系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ActiveMQ消息中間件的隊(duì)列模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者消費(fèi)者模型，并利用該模型解決了大規(guī)?？荚嚨臒嵘炜s和災(zāi)備需求。該模型支持根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載在線調(diào)整評(píng)判器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，容許若干個(gè)評(píng)判器節(jié)點(diǎn)

5、意外離線。通過(guò)消息隊(duì)列、緩存及分布式技術(shù)，本文實(shí)現(xiàn)了較高的系統(tǒng)吞吐量和同時(shí)使用在線人數(shù)。本文的主要關(guān)注以下方面：（1）在安全上，本文對(duì)安全沙箱技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合全虛擬化和半虛擬化技術(shù)對(duì)已知的在線編程題評(píng)判系統(tǒng)的安全缺陷進(jìn)行了加固。利用操作系統(tǒng)用戶(hù)和文件系統(tǒng)權(quán)限機(jī)制、setUID和ulimt沙箱、LXC（LinuxContainer）以及虛擬化實(shí)現(xiàn)的多級(jí)安全體系，在確保評(píng)判環(huán)境的安全性和純凈性的同時(shí)，兼顧運(yùn)行效率和維護(hù)成本。（2）在性能