【項目】負載均衡式在線OJ

負載均衡式在線OJ

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負載均衡式在線OJ

1.項目介紹：

2.comm

2.1 log.hpp

日志等級

開放式日志

?時間戳工具

2.2 util.hpp

TimeUtil類

PathUtil類

FileUtil類

StringUtil類

3.Compile_server

3.1compile_run.hpp

RemoveTempFile

?CodeToDesc

?Start

?3.2compile.hpp

Compiler類

?3.3runner.hpp

Runner類

?4.oj_server

4.1 oj_control.hpp

Machine類

IncLoad

DecLoad

ResetLoad

Load

LoadBlance類

LoadConf

SmartChoice

OfflineMachine

OnlineMachine

Control類

RecoveryMachine

AllQuestions

Question

Judge

?4.2 oj_model

Question結構體

Model類

QueryMysql

GetAllQuestions

GetOneQuestion

依賴的外部模塊

?4.3 oj_view

AllExpandHtml

?OneExpandHtml

1.項目介紹：

??????? 該項目完成了類似力扣，牛客網等網站的在線OJ功能， 通過平衡負載函數，將所有用戶發出的請求平均分配給每一臺主機，做到負載均衡實現高并發、高可用性和高性能。

三個板塊：

comm : 時間戳生成、文件路徑處理、文件讀寫操作以及字符串分割功能。
compile_server : 編譯與運?模塊
oj_server : 獲取題目列表，查看題目編寫題目界面，負載均衡等功能

開發環境 :?C++、Ubuntu、vim、g++、gdb、git、Makefile

所用技術棧 :?HTML、Json、STL標準庫、Boost準標準庫、cpp-httplib、ctemplate、MySQL

項目源碼 :

2.comm

2.1 log.hpp

log.hpp定義了一個日志系統，可以進行日志等級，日志格式化，日志輸出等功能，命名空間為ns_log。

日志等級

enum
{INFO,    // 信息級別日志DEBUG,   // 調試級別日志WARNING, // 警告級別日志ERROR,   // 錯誤級別日志FATAL    // 致命錯誤級別日志
};

開放式日志

使用方法 :?? LOG(INFO) << "This is an info message" << "\n";

inline std::ostream &Log(const std::string &level, const std::string &file_name, int line)#define LOG(level) Log(#level, __FILE__, __LINE__)

?時間戳工具

TimeUtil::GetTimeStamp()

2.2 util.hpp

TimeUtil類

此類中共有兩個接口，分別為GetTimeStamp()，用于獲取當前時間的秒級時間戳，目的是為了給文件形成唯一的文件名，另外一個是GetTimeMs()獲取當前時間的毫秒級時間戳。

static std::string GetTimeStamp()static std::string GetTimeMs()

PathUtil類

該類共有7個接口

AddSuffix：將文件名與后綴拼接，生成完整的文件路徑 ；

Src: 構建源文件的完整路徑,返回.cpp后綴的文件；

Exe:構建可執行文件的完整路徑,添加.exe后綴

CompileError:構建編譯錯誤文件的完整路徑,添加.compile_error后綴

Stdin:構建標準輸入文件的完整路徑,添加.stdin后綴
Stdout:構建標準輸出文件的完整路徑,添加.stdout后綴

Stderr:構建標準錯誤文件的完整路徑,添加.stderr后綴

static std::string AddSuffix(const std::string &file_name, const std::string &suffix)
static std::string Src(const std::string &file_name)
static std::string Exe(const std::string &file_name)
static std::string CompilerError(const std::string &file_name)
static std::string Stdin(const std::string &file_name)
static std::string Stdout(const std::string &file_name)
static std::string Stderr(const std::string &file_name)

FileUtil類

IsFileExists：檢查文件是否存在，存在返回true，不存在返回false

static bool IsFileExists(const std::string &path_name)

UniqFileName：使用上述GetTimeMs函數獲得唯一文件名

static std::string UniqFileName()

?WriteFile：將內容寫入指定文件，target為目標文件路徑，content為要寫入的內容,寫入成功為true

static bool WriteFile(const std::string &target, const std::string &content)

ReadFile： 讀取文件的內容，target:目標文件路徑,content:用于存儲讀取內容的字符串指針

static bool ReadFile(const std::string &target, std::string *content, bool keep = false)

StringUtil類

SplitString：將字符串按指定分隔符切分，并存儲到target中，str：要切分的字符串，target：存儲切結果的字符串向量，sep：切割符，該方法是基于Boost庫實現的
?

static void SplitString(const std::string &str, std::vector<std::string> *target, const std::string &sep)

3.Compile_server

3.1compile_run.hpp

  • 編譯用戶代碼: 將用戶提交的代碼編譯為可執行文件。

  • 運行用戶程序: 在限制的 CPU 時間和內存內運行用戶程序。

  • 處理運行結果: 根據運行結果生成狀態碼和描述信息。

  • 清理臨時文件: 在運行結束后清理生成的臨時文件

RemoveTempFile

static void RemoveTempFile(const std::string &file_name)

該方法用于清理有指定文件名相關的臨時文件。可用于清理以下文件：

源文件 (file_name.cpp)
編譯錯誤文件 (file_name.compile_error)
可執行文件 (file_name.exe)
標準輸入文件 (file_name.stdin)
標準輸出文件 (file_name.stdout)
標準錯誤文件 (file_name.stderr)

?CodeToDesc

static std::string CodeToDesc(int code, const std::string &file_name)

該方法的作用是將狀態碼轉換為描述信息

code：狀態碼，file_name：文件名? 以下為狀態碼處理：

0: 編譯運行成功。
-1: 提交的代碼為空。
-2: 未知錯誤。
-3: 編譯錯誤（從 file_name.compile_error 文件中讀取錯誤信息）。
SIGABRT (6): 內存超過范圍。
SIGXCPU (24): CPU 使用超時。
SIGFPE (8): 浮點數溢出。

?Start

static void Start(const std::string &in_json, std::string *out_json)

該方法：編譯并運行用戶提交的代碼，返回運行結果
參數：in_json:輸入的 JSON 字符串，包含用戶代碼、輸入、CPU 時間限制和內存限制
out_json:輸出的 JSON 字符串，包含狀態碼、描述信息、標準輸出和標準錯誤

輸入JSON格式：
{"code": "用戶提交的代碼","input": "用戶輸入","cpu_limit": "CPU 時間限制","mem_limit": "內存限制"
}輸出JSON格式：
{"status": "狀態碼","reason": "描述信息","stdout": "標準輸出","stderr": "標準錯誤"
}

解析輸入 JSON，獲取代碼、輸入、CPU 限制和內存限制。
檢查代碼是否為空，如果為空，設置狀態碼為 -1。
生成唯一的文件名，并將代碼寫入臨時源文件。
調用 Compiler::Compile 編譯代碼：
如果編譯失敗，設置狀態碼為 -3。
調用 Runner::Run 運行編譯后的程序：
如果運行失敗，設置狀態碼為運行結果。
根據狀態碼生成描述信息。
如果運行成功，讀取標準輸出和標準錯誤文件的內容。
將結果寫入輸出 JSON。
（可選）清理臨時文件?

所依賴的外部模塊：

  • Compiler: 編譯模塊，負責將用戶代碼編譯為可執行文件。

  • Runner: 運行模塊，負責運行編譯后的程序，并限制其 CPU 和內存使用。

  • ns_log: 日志模塊，用于記錄日志信息。

  • ns_util: 工具模塊，提供文件、路徑、時間等工具函數。

  • JsonCpp: 用于解析和生成 JSON 數據。

?3.2compile.hpp

Compiler類

Compile

static bool Compile(const std::string &file_name)

?使用 fork 創建子進程。
在子進程中：
打開編譯錯誤文件（file_name.compile_error），用于存儲編譯錯誤信息。
使用 dup2 將標準錯誤輸出重定向到編譯錯誤文件。
使用 execlp 調用 g++ 編譯器，將源文件（file_name.cpp）編譯為可執行文件（file_name.exe）。
如果 execlp 失敗，記錄錯誤日志并退出。
在父進程中：
使用 waitpid 等待子進程結束。
檢查是否生成了可執行文件（file_name.exe）。
如果生成成功，記錄日志并返回 true；否則返回 false。

所依賴的外部模塊：

  • ns_util: 工具模塊，提供路徑拼接和文件操作功能。

    • PathUtil::Src(file_name): 獲取源文件路徑（./temp/file_name.cpp）。

    • PathUtil::Exe(file_name): 獲取可執行文件路徑（./temp/file_name.exe）。

    • PathUtil::CompilerError(file_name): 獲取編譯錯誤文件路徑（./temp/file_name.compile_error）。

    • FileUtil::IsFileExists(path): 檢查文件是否存在。

  • ns_log: 日志模塊，用于記錄日志信息。

    • LOG(INFO): 記錄信息日志。

    • LOG(WARNING): 記錄警告日志。

    • LOG(ERROR): 記錄錯誤日志

?3.3runner.hpp

Runner類

SetProcLimit接口

static void SetProcLimit(int _cpu_limit, int _mem_limit)

參數：_cpu_limit:CPU時間限制，_mem_limit:內存資源限制，設置進程的 CPU 和內存資源限制。

setrlimit 系統調用設置資源限制。RLIMIT_CPU: 限制 CPU 時間。RLIMIT_AS: 限制虛擬內存大小。

Run接口

運行編譯后的程序，并限制其 CPU 和內存資源使用

static int Run(const std::string &file_name, int cpu_limit, int mem_limit)

  • > 0: 程序異常退出，返回值為收到的信號編號。

  • == 0: 程序正常運行完畢。

  • < 0: 內部錯誤（如文件打開失敗或子進程創建失敗）

  1. 獲取可執行文件、標準輸入、標準輸出和標準錯誤的路徑。

  2. 打開標準輸入、標準輸出和標準錯誤文件。

  3. 使用 fork 創建子進程。

  4. 在子進程中：

    • 使用 dup2 重定向標準輸入、標準輸出和標準錯誤。

    • 調用 SetProcLimit 設置資源限制。

    • 使用 execl 運行可執行程序。

    • 如果 execl 失敗，記錄錯誤日志并退出。

  5. 在父進程中：

    • 關閉文件描述符。

    • 使用 waitpid 等待子進程結束。

    • 獲取子進程的退出狀態，并返回狀態碼的低 7 位（信號編號）。

?依賴的外部模塊

  • ns_util: 工具模塊，提供路徑拼接功能。

    • PathUtil::Exe(file_name): 獲取可執行文件路徑（./temp/file_name.exe）。

    • PathUtil::Stdin(file_name): 獲取標準輸入文件路徑（./temp/file_name.stdin）。

    • PathUtil::Stdout(file_name): 獲取標準輸出文件路徑（./temp/file_name.stdout）。

    • PathUtil::Stderr(file_name): 獲取標準錯誤文件路徑（./temp/file_name.stderr）。

  • ns_log: 日志模塊，用于記錄日志信息。

    • LOG(INFO): 記錄信息日志。

    • LOG(ERROR): 記錄錯誤日志。

?4.oj_server

4.1 oj_control.hpp

主要的功能:管理題目數據，渲染網面，負載均衡，調用編譯和運行服務。

核心類

Machine：表示提供編譯和運行服務的主機

LoadBlance：實現負載均衡

Control：核心業務邏輯處理器

?依賴模塊

ns_model: 題目數據管理。

ns_view: HTML 渲染。

ns_log: 日志記錄。

ns_util: 工具函數。

httplib: HTTP 客戶端。

Machine類

IncLoad

void IncLoad()//增加主機負載，使用互斥鎖保護負載變量，確保線程安全。

DecLoad

void DecLoad()//減少主機負載，使用互斥鎖保護負載變量，確保線程安全。

ResetLoad

void ResetLoad()//重置主機的負載為0，使用互斥鎖保護負載變量，確保線程安全

Load

uint64_t Load() //獲取主機的當前負載,使用互斥鎖保護負載變量，確保線程安全

LoadBlance類

LoadConf

bool LoadConf(const std::string &machine_conf)

?從配置文件中加載主機信息，參數：machine_conf：配置文件路徑

讀取配置文件，解析每臺主機的 IP 和端口。初始化主機對象，并將其加入在線主機列表。

SmartChoice

bool SmartChoice(int *id, Machine **m)

參數:id 輸出型參數返回選擇的主機ID， m:輸出參數，返回選擇的主機的對象指針。
遍歷在線主機列表，選擇負載最低的主機

OfflineMachine

void OfflineMachine(int which)//將指定主機離線

which為要離線的主機ID

OnlineMachine

void OnlineMachine()//將所有離線主機全部上線

ShowMachine

void ShowMachines()//打印當前在線和離線主機列表（用于調試）。

Control類

核心業務邏輯控制器，負責管理題目數據、渲染網頁、負載均衡以及調用編譯和運行服務。

RecoveryMachine

void RecoveryMachine()//恢復離線主機為在線狀態

AllQuestions

bool AllQuestions(string *html) //獲取所有題目數據并渲染為網頁。

html:輸出參數，返回渲染后的HTML內容

從Model獲取所有題目數據，使用View渲染題目列表為HTML

Question

bool Question(const string &number, string *html)//獲取指定題目數據并渲染為網頁

number: 題目編號。html: 輸出參數，返回渲染后的 HTML 內容。

Judge

void Judge(const std::string &number, const std::string in_json, std::string *out_json)

參數：number：題目編號，in_json:輸入的JSON數據，out_json:輸出的JSON數據，包含評測數據

從 Model 獲取指定題目的詳細信息。
解析輸入 JSON，拼接用戶代碼和測試用例代碼。
使用負載均衡選擇主機，發起 HTTP 請求調用編譯和運行服務。
將評測結果寫入輸出 JSON。

?所依賴的外部模塊

  • ns_model: 提供題目數據管理功能。

    • GetAllQuestions: 獲取所有題目數據。

    • GetOneQuestion: 獲取指定題目數據。

  • ns_view: 提供 HTML 渲染功能。

    • AllExpandHtml: 渲染題目列表為 HTML。

    • OneExpandHtml: 渲染題目詳情為 HTML。

  • ns_log: 提供日志記錄功能。

  • ns_util: 提供工具函數（如字符串分割）。

  • httplib: 提供 HTTP 客戶端功能，用于調用編譯和運行服務。

?4.2 oj_model

Question結構體

變量名類型描述
numberstd::string題目編號，唯一標識
titlestd::string題目標題
starstd::string題目難度（簡單、中等、困難）
descstd::string題目描述
headerstd::string題目預設代碼（用戶編輯器的初始代碼）
tailstd::string題目測試用例（與 header 拼接形成完整代碼）
cpu_limitint題目時間限制（單位：秒）
mem_limitint題目空間限制（單位：KB)

Model類

QueryMysql

bool QueryMySql(const std::string &sql, vector<Question> *out)//執行 SQL 查詢，并將結果存儲到 out 中。

sql:要執行的SQL查詢語句，out:輸出參數，存儲查詢結果的Question向量

GetAllQuestions

bool GetAllQuestions(vector<Question> *out)

構造 SQL 查詢語句：SELECT * FROM oj_questions

調用 QueryMySql 執行查詢

GetOneQuestion

bool GetOneQuestion(const std::string &number, Question *q)

構造 SQL 查詢語句：SELECT * FROM oj_questions WHERE number=<number>。
調用 QueryMySql 執行查詢。
如果查詢結果中有且僅有一條記錄，將其賦值給 q。

依賴的外部模塊

  • ns_log: 提供日志記錄功能。

    • LOG(INFO): 記錄信息日志。

    • LOG(WARNING): 記錄警告日志。

    • LOG(FATAL): 記錄致命錯誤日志。

  • ns_util: 提供工具函數。

  • mysql.h: MySQL C API 頭文件，用于連接和操作 MySQL 數據庫。

// 以下是硬編碼的常量const std::string oj_questions = "oj_questions"; // 數據庫表名const std::string host = "127.0.0.1";           // MySQL 服務器地址const std::string user = "oj_client";           // MySQL 用戶名const std::string passwd = "123456";            // MySQL 密碼const std::string db = "oj";                    // 數據庫名稱const int port = 3306;                          // MySQL 服務器端口號

?4.3 oj_view

AllExpandHtml

void AllExpandHtml(const vector<struct Question> &questions, std::string *html)

question:題目列表，包含所有題目的詳細信息，html：輸出參數，存儲渲染后的html內容。

  1. 構造模板文件路徑：./template_html/all_questions.html。

  2. 創建 ctemplate::TemplateDictionary 對象 root，用于存儲模板數據。

  3. 遍歷題目列表，將每個題目的編號、標題和難度添加到模板數據中。

  4. 加載模板文件。

  5. 使用模板數據渲染 HTML 頁面，并將結果存儲到 html 中。

?OneExpandHtml

q：單個題目的詳細信息，html：輸出參數存儲渲染后的html內容

  1. 構造模板文件路徑：./template_html/one_question.html。

  2. 創建 ctemplate::TemplateDictionary 對象 root，用于存儲模板數據。

  3. 將題目的編號、標題、難度、描述和預設代碼添加到模板數據中。

  4. 加載模板文件。

  5. 使用模板數據渲染 HTML 頁面，并將結果存儲到 html 中。

?所依賴的外部模塊

ctemplate: 用于 HTML 模板渲染。

ctemplate::TemplateDictionary: 存儲模板數據。
ctemplate::Template: 加載和渲染模板文件。
ns_model: 提供題目數據管理功能。
Question: 題目數據結構，包含編號、標題、難度、描述、預設代碼等信息。

?

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