【正文】 在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的本科畢業(yè)論文目 錄緒 論 1（一）系統(tǒng)開發(fā)的目的 1（二）系統(tǒng)開發(fā)的意義 1一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2（一）環(huán)境簡(jiǎn)介 2（二）nginx簡(jiǎn)介 3（三）cgi與fcgi原理簡(jiǎn)介 4（四）memcached簡(jiǎn)介 4（五）mysql數(shù)據(jù)庫簡(jiǎn)介 5二、可行性研究 6（一）經(jīng)濟(jì)可行性 6（二）技術(shù)可行性 6（三）法律可行性 6（四）系統(tǒng)流程圖 7（五）數(shù)據(jù)流圖DFD 7（六）數(shù)據(jù)字典DD 9三、需求分析 12（一）功能需求 12（二）性能需求 12（三）ER圖 13四、總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)） 14（一）系統(tǒng)概要設(shè)計(jì) 14 14 14（二）數(shù)據(jù)庫概要設(shè)計(jì) 15 15 15五、詳細(xì)設(shè)計(jì) 17（一）功能設(shè)計(jì) 17(StudentModule) 17(AdminModule) 21（二）數(shù)據(jù)庫表詳細(xì)設(shè)計(jì) 26六、編碼與單元測(cè)試 29（一）單元編碼 29（二）界面展示 30（三）單元測(cè)試 33七、系統(tǒng)測(cè)試 35八、系統(tǒng)維護(hù) 37（一）項(xiàng)目部署與網(wǎng)站發(fā)布 37（二）性能調(diào)優(yōu)和運(yùn)維 37結(jié) 論 38參 考 文 獻(xiàn) 39緒 論（一）系統(tǒng)開發(fā)的目的隨著C++、java、C等面向?qū)ο缶幊陶Z言的出現(xiàn)。OOP的編程模式深入軟件工程師們的內(nèi)心。但是在大多數(shù)網(wǎng)站應(yīng)用似乎被java structs框架、jsp框架、.net框架所壟斷，盡管如此，這些框架在一些領(lǐng)域因?yàn)槠鋱?zhí)行效率的低下而被用戶詬病。比如，java需要在JVM環(huán)境下運(yùn)行，對(duì)大量?jī)?nèi)置數(shù)據(jù)類型進(jìn)行過度封裝，其在效率、性能方面的不足也體現(xiàn)出來。C/C++一直在效率方面表現(xiàn)出色，被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)、服務(wù)器和游戲行業(yè)軟件的開發(fā)。C++同樣也適合于開發(fā)網(wǎng)站，并因其效率方面的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)就是為了在這方面做進(jìn)一步嘗試。C++對(duì)開發(fā)者的技術(shù)要求高、難度大，所以在開發(fā)web應(yīng)用方面，應(yīng)用極少。通過本系統(tǒng)介紹用C++進(jìn)行開發(fā)web應(yīng)用，期望可以推廣C++在web領(lǐng)域得到程序員們的青睞，激發(fā)廣大編程初學(xué)者對(duì)C++的熱愛，敢于迎難而上，攻克難關(guān)，推動(dòng)我國(guó)乃至世界軟件業(yè)的發(fā)展。除了為了推廣C++在不同的領(lǐng)域、業(yè)務(wù)中的應(yīng)用外。開發(fā)此系統(tǒng)是為那些打算開發(fā)出高并發(fā)、高性能、穩(wěn)定健壯網(wǎng)站的程序員們提供一個(gè)示例和樣本。改善大量用戶同時(shí)在線訪問時(shí)，出現(xiàn)的服務(wù)器崩潰、宕機(jī)、響應(yīng)延時(shí)高、不穩(wěn)定、產(chǎn)生錯(cuò)誤的瓶頸。（二）系統(tǒng)開發(fā)的意義本系統(tǒng)開發(fā)的意義不僅僅在其對(duì)C++語言的推廣，鼓勵(lì)更過的后來者勇于登上計(jì)算機(jī)科學(xué)的高峰，解決一個(gè)接一個(gè)的難題，最終推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展的學(xué)術(shù)性意義。更重要的是，它也具有很大的商業(yè)價(jià)值和實(shí)際意義。相對(duì)于傳統(tǒng)的線下考試，在線考試不需要安排實(shí)際的‘物理考場(chǎng)’。安排大量的考場(chǎng)，設(shè)置過多的考點(diǎn)、密切關(guān)注對(duì)考場(chǎng)秩序的調(diào)度。這會(huì)帶來大量的人力資源成本，并且效率低下，不符合信息時(shí)代對(duì)效率的要求。在線考試也不局限于地理位置的分布而呈現(xiàn)出任何差異，所有參加考試的考生只需登錄到系統(tǒng)就可以進(jìn)行答題。這方便了考生合理安排自己的答題環(huán)境。對(duì)教師而言，減輕了大量手工批閱試卷的負(fù)擔(dān)，客觀題部分完全自動(dòng)化閱卷。主觀題則只需和管理員溝通制定相應(yīng)的評(píng)分細(xì)則，系統(tǒng)采用類似于標(biāo)準(zhǔn)答案關(guān)鍵詞匹配比例的算法即可比較公正地批改試卷。非常輕松簡(jiǎn)捷，方便，降低了人工閱卷的難度。39一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著大數(shù)據(jù)、云存儲(chǔ)、云計(jì)算、高并發(fā)、集群與分布式計(jì)算這些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們對(duì)效率和性能的關(guān)注度也急劇升溫。本系統(tǒng)是擬為學(xué)生參加在線編程技術(shù)考試而開發(fā)的。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，nginx反向代理服務(wù)器部署在Linux后端服務(wù)器集群系統(tǒng)中，使用memcached高性能分布式緩存技術(shù)，在大量考生同時(shí)參與考試時(shí)，使得服務(wù)器正常工作的同時(shí)，還保證了效率和性能。這相比線下考試具有更大的靈活性和穩(wěn)定性。另外，在日常生活中中我們?cè)L問的大量的web應(yīng)用程序都是使用java structs、jsp、asp、.net等框架開發(fā)架構(gòu)的。而本系統(tǒng)則是使用C++語言開發(fā)web后端服務(wù)器程序。C++因其面向?qū)ο缶幊烫匦裕∣OP）及向前兼容C面向過程式編程，這使得C++在程序執(zhí)行效率上與C語言處于同一水平。眾所周知，C語言主要用于開發(fā)系統(tǒng)級(jí)別的應(yīng)用或驅(qū)動(dòng)程序，而C++語言則用在服務(wù)器、部分系統(tǒng)級(jí)別的底層開發(fā)（尤其是游戲服務(wù)器）。之所以使用C++語言是因?yàn)镃不適合大型項(xiàng)目或具有通用性和代碼可高度可重用性的開發(fā)。國(guó)內(nèi)外的web網(wǎng)站幾乎都會(huì)用到程序連接訪問數(shù)據(jù)庫，而大量地訪問數(shù)據(jù)庫，會(huì)給應(yīng)用程序帶來很多負(fù)擔(dān)，解決方案是除了使用memcached高性能的分布式緩存服務(wù)器外，可以在語言上做出選擇。大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫對(duì)于C/C++語言都提供了源碼級(jí)別的支持，再加上C/C++程序執(zhí)行效率高，這對(duì)于頻繁訪問數(shù)據(jù)庫的web應(yīng)用是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。和前文提到的類似，由于web應(yīng)用需要大量地訪問數(shù)據(jù)庫，可以考慮在服務(wù)器端部署memcached分布式緩存服務(wù)器以減少應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問次數(shù)，從而提高web動(dòng)態(tài)應(yīng)用的響應(yīng)速度和可擴(kuò)展性。本文主要是為了在C/C++開發(fā)高并發(fā)響應(yīng)的web應(yīng)用方面做出一些嘗試。（一）環(huán)境簡(jiǎn)介整個(gè)考試系統(tǒng)涉及的開發(fā)語言、開發(fā)平臺(tái)、運(yùn)行平臺(tái)、運(yùn)行環(huán)境要求及限制、使用的技術(shù)手段的詳細(xì)信息參見表11。表11 系統(tǒng)環(huán)境匯總表開發(fā)語言 C++開發(fā)平臺(tái) Linux(Centos 64 bits)Web反向代理服務(wù)器 nginx數(shù)據(jù)庫 mysqlWeb文檔 Html (=)緩存服務(wù)器 memcached其他輔助開發(fā)工具 模板引擎、js/css fcgi后端服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境 任何unixlike的操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用的是Centos 。Web客戶端運(yùn)行環(huán)境 操作系統(tǒng)平臺(tái)： Win all/Linux/Unixlike/MacOS瀏覽器： Google（推薦）、IE 、firefox 等主流瀏覽器。 （二）nginx簡(jiǎn)介Nginx (“engine x”) 采用C語言、Linux系統(tǒng)平臺(tái)的epoll IO多路復(fù)用技術(shù)、kqueue網(wǎng)絡(luò)IO模型編寫的 web反向代理服務(wù)器。在高并發(fā)大數(shù)據(jù)量連接的場(chǎng)景下，nginx是Apache 非常好的不二選擇。并且具有效率高、穩(wěn)定性好、高并發(fā)、負(fù)載均衡、內(nèi)存、CPU等硬件資源消耗低的優(yōu)點(diǎn)，以至于Nginx 在國(guó)內(nèi)外眾多的互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站的應(yīng)用已經(jīng)呈現(xiàn)出銳不可當(dāng)之勢(shì)。比如Facebook、騰訊3G下載、網(wǎng)易新聞、迅雷安全中心、新浪博客播客、酷六、豆瓣、六間房、水木社區(qū)、新華網(wǎng)RSS訂閱頻道等國(guó)內(nèi)外知名的門戶網(wǎng)站。Nginx在代理和反向代理服務(wù)器方面的應(yīng)用幾乎會(huì)取代Apache（本文并沒有任何詆毀和輕蔑Apache在行業(yè)中的地位，僅僅是個(gè)人的預(yù)測(cè)）。同其他的服務(wù)器和反向代理服務(wù)器一樣，Nginx既可以響應(yīng)靜態(tài)頁面請(qǐng)求（即服務(wù)器），又可以響應(yīng)動(dòng)態(tài)頁面請(qǐng)求（通過與后端服務(wù)器fcgi或cgi交互，把數(shù)據(jù)返回給客戶端瀏覽器）。下面歸納總結(jié)了使用nginx相對(duì)于其他老牌服務(wù)器（Apache為例）的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，參見表32。表12 各服務(wù)器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比nginxApache是否輕量級(jí)是（線程級(jí)別） 否，重量級(jí)（進(jìn)程級(jí)別）靜態(tài)頁面處理能力約平均是Apache的3倍性能高并發(fā)性能nginx 處理請(qǐng)求是異步非阻塞的，因此支持高并發(fā)。Apache則是阻塞型的，高并發(fā)連接下會(huì)出現(xiàn)大量錯(cuò)誤或拒絕客服端訪問。資源消耗內(nèi)存，CPU消耗低高并發(fā)下，資源消耗非常大是否支持負(fù)載均衡是否是否支持熱部署是否Rewrite模塊遜于Apacherewrite，比nginx 的rewrite 強(qiáng)大對(duì)動(dòng)態(tài)頁面的響應(yīng)不太好非常好因?yàn)?，兩者都支持服?wù)和反向代理、正向代理。又基于兩者各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在一些應(yīng)用場(chǎng)景下，已經(jīng)考慮讓nginx和Apache共存，以提供給客戶端更優(yōu)質(zhì)的響應(yīng)。在性能方面，Nginx是專門為性能優(yōu)化而開發(fā)的，在實(shí)現(xiàn)上非常注重效率。Nginx在高并發(fā)連接和大量靜態(tài)頁面請(qǐng)求下，性能出眾，穩(wěn)定性好?；谛蕛?yōu)先的前提，本系統(tǒng)采用nginx作為服務(wù)器和反向代理服務(wù)器。（三）cgi與fcgi原理簡(jiǎn)介在說明FastCGI之前，先說說CGI的前世今生。CGI 即Common Gateway Interface公共網(wǎng)關(guān)接口。CGI后端服務(wù)器程序的原理是：每次當(dāng)客戶請(qǐng)求到來時(shí)（即請(qǐng)求CGI），服務(wù)器或反向代理服務(wù)器就會(huì)fork+exec生成替換一個(gè)新的CGI進(jìn)程處理客戶請(qǐng)求。當(dāng)CGI執(zhí)行完畢后，該CGI子進(jìn)程將會(huì)被服務(wù)器進(jìn)程kill掉。也就是說由服務(wù)器管理著處理客戶請(qǐng)求的CGI子進(jìn)程。顯而易見，當(dāng)高并發(fā)連接環(huán)境下，這樣的工作模式是很受程序員詬病的。因?yàn)轭l繁地創(chuàng)建和銷毀子進(jìn)程將加大系統(tǒng)的開銷和負(fù)擔(dān)。FastCGI（即fcgi，后文將用fcgi簡(jiǎn)言之），本質(zhì)上是對(duì)CGI的改進(jìn)。其工作原理是將用于處理客戶連接請(qǐng)求的子進(jìn)程，即CGI解釋器進(jìn)程長(zhǎng)期駐留于內(nèi)存中并因此獲