前言：

该篇讲述了实现基于负载均衡式的在线oj，即类似在线编程做题网站一样，文章尽可能详细讲述细节即实现，便于大家了解学习。

文章将采用单篇不分段形式（ps：切着麻烦），附图文，附代码，代码部署在云服务器上

技术栈

• C++ STL标准库

• Boost 标准库

• cpp-httpib 开源库

• ctemplate 第三方开源前端网页渲染库

• jsoncpp 第三方开源序列化、反序列化库

• 负载均衡的设计

• 多进程、多线程

• MYSQL C connect

• Ace前端在线编辑器

• html/cdd/js/jquery/ajax

开发环境

• vscode
• mysql workbench
• Centos 7云服务器

宏观结构

• comm:公共模块
• compile_sever:编译运行模块
• oj_server：获取题目，负载均衡等

 

 

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项目演示： 

https://blog.csdn.net/Obto_/article/details/132558642?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22132558642%22%2C%22source%22%3A%22Obto_%22%7Dhttps://blog.csdn.net/Obto_/article/details/132558642?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22132558642%22%2C%22source%22%3A%22Obto_%22%7D

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项目设计 -- 编译服务

工具类的准备：

供程序中各个部分调用的方法类：

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <atomic>
#include <boost/algorithm/string.hpp>
#include <fstream>
namespace ns_util
{class TimeUtil{public:static std::string GetTimeStamp(){// 获取时间戳 gettimeofdaystruct timeval _time;gettimeofday(&_time, nullptr);return std::to_string(_time.tv_sec);}// 获得毫秒时间戳static std::string GetTimeMs(){struct timeval _time;gettimeofday(&_time, nullptr);return std::to_string(_time.tv_sec * 1000 + _time.tv_usec / 1000);}};const std::string temp_path = "./temp/";class PathUtil{public:static std::string AddSuffix(const std::string &file_name, const std::string &suffix){std::string path_name = temp_path;path_name += file_name;path_name += suffix;return path_name;}// 构建源文件路径+后缀的完整文件名// 1234 -> ./temp/1234.cppstatic std::string Src(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".cpp");}// 构建可执行程序的完整路径 + 后缀名static std::string Exe(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".exe");}static std::string CompilerError(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".compile_stderr");}//-------------------------------------------------------------------// 构建该程序对应的标准错误完整的路径+后缀名static std::string Stderr(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".stderr");}static std::string Stdin(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".stdin");}static std::string Stdout(const std::string &file_name){return AddSuffix(file_name, ".stdout");}};class FileUtil{public:static bool IsFileExists(const std::string &path_name){struct stat st;if (stat(path_name.c_str(), &st) == 0){// 获取属性成功，文件已经存在return true;}return false;}static std::string UniqFileName(){static std::atomic_uint id(0);id++;// 毫秒时间戳std::string ms = TimeUtil::GetTimeMs();std::string uniq_id = std::to_string(id);return ms + "_" + uniq_id;}static bool WriteFile(const std::string &target, const std::string &content){// waitingstd::ofstream out(target);if (!out.is_open()){return false;}out.write(content.c_str(), content.size());out.close();return true;}static bool ReadFile(const std::string &target, std::string *content, bool keep = false){(*content).clear();std::ifstream in(target);if (!in.is_open()){return false;}std::string line;// getline是按行保存的，不保存行分隔符,自动去掉\n// 但是有些时候，需要保留行分隔符// getline内部重载了强制类型转化while (std::getline(in, line)){(*content) += line;(*content) += (keep ? "\n" : "");}in.close();return true;}};class StringUtil{public:/*str：输入型，目标要切分的字符串target：输出型，保存切分完毕的结果sep：指定的分隔符*/static void SplitString(const std::string &str,std::vector<std::string> *target,std::string sep){boost::split(*target,str,boost::is_any_of(sep),boost::algorithm::token_compress_on);//boost split}};}

• PathUtil：路径工具
  • 形成exe完整路径
  • 形成cpp完整路径
  • 形成compile_stderr完整路径
  • 形成stderr完整路径
  • 形成stdin完整路径
  • 完整路径指的是当前代码在本地上的保存路径：即输入 1234 要形成 ./temp/1234.cpp等这里的相对路径形成依靠PathUtil工具
• TimeUtil：时间工具
  • 获取时间戳 get time of day
  • 获得好面时间戳，用于形成文件唯一标识（名字）
• FileUtil：文件工具
  • IsFileExits：判断某文件是否存在
  • UniqFileName：形成文件唯一名字
  • WriteFile：向指定文件写入指定字符串
  • ReadFile：读取某文件的内容
• StringUtil：字符串工具
  • 使用boost库中的切分字符串Split()

 

compiler编译服务设计 ：

目的：能够编译并运行代码，得到格式化的相关结果

 

#pragma once#include <iostream>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/wait.h>
#include"../comm/util.hpp"
#include"../comm/log.hpp"
//只负责进行代码的编译
namespace ns_compiler{//引入路径拼接功能using namespace ns_util;using namespace ns_log;class Compiler{public:Compiler(){}~Compiler(){}//返回值是编译成功TRUE；else FALSE//输入参数是编译的文件名//file_name : 1234//1234 -> ./temp/1234.cpp//1234 -> ./temp/1234.exe//1234 -> ./temp/1234.stderrstatic bool Compile(const std::string &file_name){pid_t pid = fork();if(pid < 0){LOG(ERROR) << "内部错误，创建子进程失败"<<"\n";return false;}else if(pid == 0)//子进程{umask(0);int _stderr = open(PathUtil::CompilerError(file_name).c_str(),O_CREAT | O_WRONLY,0644);if(_stderr < 0){LOG(WARNING)<<"没有成功行成stderr文件"<<"\n";exit(1);}//重定向标准错误到_stderrdup2(_stderr,2);//程序替婚，并不影响进程的文件描述符表//子进程：调用编译器execlp("g++","g++","-o",PathUtil::Exe(file_name).c_str(),PathUtil::Src(file_name).c_str(),"-std=c++11","-D","COMPILER_ONLINE",nullptr);LOG(ERROR) <<"启动编译器g++失败，可能是参数错误"<<"\n";exit(2);}else//父进程{waitpid(pid,nullptr,0);//编译是否成功,就看有没有形成对应的可执行程序if(FileUtil::IsFileExists(PathUtil::Exe(file_name).c_str())){LOG(INFO) <<PathUtil::Src(file_name)<<"编译成功!"<<"\n";return true;}}LOG(ERROR) <<"编译失败，没有形成可执行程序,return false"<<"\n";return false;}};
};

compiler编译服务只管编译传过来的代码，其他一律不管，它只关心程序是否能够编译过

LOG日志的添加：

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include"util.hpp"
namespace ns_log
{using namespace ns_util;//日志等级enum{INFO,DEBUG,WARNING,ERROR ,FATAL};//LOG() << "message"inline std::ostream &Log(const std::string &level, const std::string &file_name,int line){//添加日志等级std::string message = "[";message+=level;message+="]";//添加报错文件名称message+="[";message+=file_name;message+="]";//添加报错行message+="[";message+=std::to_string(line);message+="]";//添加日志时间戳message += "[";message += TimeUtil::GetTimeStamp();message += "]";//cout 本质内部是包含缓冲区的std::cout<<message;//不要endl刷新return std::cout;}//LOG(INFo) << "message"//开放式日志#define LOG(level) Log(#level,__FILE__,__LINE__)
}

runner运行功能设计：

#pragma once#include <iostream>
#include<sys/time.h>
#include<sys/resource.h>
#include<signal.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/time.h>
#include<sys/resource.h>
#include <fcntl.h>
#include "../comm/log.hpp"
#include "../comm/util.hpp"
namespace ns_runner
{using namespace ns_log;using namespace ns_util;class Runner{public:Runner() {}~Runner() {}public://提供设置进程占用资源大小的接口static void SerProcLimit(int _cpu_limit,int _mem_limit){//设置CPU时长struct rlimit cpu_rlimit;cpu_rlimit.rlim_max = RLIM_INFINITY;cpu_rlimit.rlim_cur = _cpu_limit;setrlimit(RLIMIT_CPU,&cpu_rlimit);//设置内存大小struct rlimit mem_rlimit;mem_rlimit.rlim_max = RLIM_INFINITY;mem_rlimit.rlim_cur = _mem_limit * 1024;//转化成kbsetrlimit(RLIMIT_AS,&mem_rlimit);}// 指明文件名即可，不需要带路径和后缀/*返回值如果是大于 0 ：程序异常了，退出时收到了信号，返回值就是对应的信号返回值 == 0 就是正常运行完毕，结果是什么保存到了临时文件中，我不清楚返回值 < 0 属于内部错误cpu_limit:该程序运行的时候，可以使用的最大cpu的资源上限mem_limit：该程序运行的时候，可以使用的最大内存大小KB*/static int Run(const std::string &file_name,int cpu_limit,int mem_limit){/*程序运行：1.代码跑完结果争取2.代码跑完结果不正确3.代码没跑完，异常了run不需要考虑运行完后正确与否，只管跑首先我们必须知道可执行程序是谁？标准输入：不处理标准输入：程序运行完成，输出结果是什么标准错误：运行时错误信息*/std::string _execute = PathUtil::Exe(file_name);std::string _stdin = PathUtil::Stdin(file_name);std::string _stdout = PathUtil::Stdout(file_name);std::string _stderr = PathUtil::Stderr(file_name);umask(0);int _stdin_fd = open(_stdin.c_str(), O_CREAT | O_RDONLY, 0644);int _stdout_fd = open(_stdout.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY, 0644);int _stderr_fd = open(_stderr.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY, 0644);if (_stdin_fd < 0 || _stdout_fd < 0 || _stderr_fd < 0){LOG(ERROR)<<"运行时打开标准文件失败"<<"\n";return -1; // 代表打开文件失败}pid_t pid = fork();if (pid < 0){LOG(ERROR)<<"运行时创建子进程失败"<<"\n";close(_stdin_fd);close(_stdout_fd);close(_stderr_fd);return -2; //代表创建子进程失败}else if (pid == 0){dup2(_stdin_fd,0);dup2(_stdout_fd,1);dup2(_stderr_fd,2);SerProcLimit(cpu_limit,mem_limit);execl(_execute.c_str()/*我要执行谁*/,_execute.c_str()/*我想在命令航商如何执行*/,nullptr);exit(1);}else{int status = 0;waitpid(pid,&status,0);//程序运行异常，一定是因为收到了信号LOG(INFO)<<"运行完毕，info："<<(status & 0x7F)<<"\n";close(_stdin_fd);close(_stdout_fd);close(_stderr_fd);return status&0x7F;}}};
}

compile_run:编译并运行功能:

#pragma once
#include "compiler.hpp"
#include<unistd.h>
#include "runner.hpp"
#include "../comm/log.hpp"
#include "../comm/util.hpp"
#include <jsoncpp/json/json.h>
#include <signal.h>
namespace ns_compile_and_run
{using namespace ns_log;using namespace ns_util;using namespace ns_compiler;using namespace ns_runner;class CompileAndRun{public:static void RemoveTempFile(const std::string& file_name){//清理文件的个数是不确定的，但是有哪些我们是知道的std::string _src = PathUtil::Src(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_src))unlink(_src.c_str());std::string _compiler_error = PathUtil::CompilerError(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_compiler_error))unlink(_compiler_error.c_str());std::string _execute = PathUtil::Exe(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_execute)) unlink(_execute.c_str());std::string _stdin = PathUtil::Stdin(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_stdin)) unlink(_stdin.c_str());std::string _stdout = PathUtil::Stdout(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_stdout)) unlink(_stdout.c_str());std::string _stderr = PathUtil::Stderr(file_name);if(FileUtil::IsFileExists(_stderr)) unlink(_stderr.c_str());}static std::string CodeToDesc(int code, std::string file_name) // code >0 <0 ==0{std::string desc;switch (code){case 0:desc = "编译运行成功";break;case -1:desc = "用户提交的代码是空";break;case -2:desc = "未知错误";break;case -3:// desc = "编译发生报错";FileUtil::ReadFile(PathUtil::Stderr(file_name), &desc, true);break;case -4:break;case SIGABRT:desc = "内存超过范围";break;case SIGXCPU:desc = "CPU信号超时";break;case SIGFPE:desc = "除零错误,浮点数溢出";break;default:desc = "未知：" + std::to_string(code);break;}return desc;}/*输入：code：用户提交的代码input：用户自己提交的代码，对应的输入-》不做处理cpu_limit：时间要求mem_limit:空间要求输出：必填：status：状态码reason：请求结果选填：stdout：我的的程序运行完的结果stderr：我的程序运行完的错误结构参数：in_json:{"code":"#include..."."input":"","cpu_limit":1,"mem_limit":10240}out_json:{"status":"0","reason":"","stdout":"","stderr":""};*/static void Start(const std::string &in_json, std::string *out_json){LOG(INFO)<<"启动compile_and_run"<<"\n";Json::Value in_value;Json::Reader reader;reader.parse(in_json, in_value); // 最后再处理差错问题std::string code = in_value["code"].asString();std::string input = in_value["input"].asString();int cpu_limit = in_value["cpu_limit"].asInt();int men_limit = in_value["mem_limit"].asInt();int status_code = 0;Json::Value out_value;int run_result = 0;std::string file_name; // 需要内部形成的唯一文件名if (code.size() == 0){// 说明用户一行代码都没提交status_code = -1;goto END;}// 形成的文件名只具有唯一性，没有目录没有后缀// 毫秒计时间戳+原子性递增的唯一值：来保证唯一性file_name = FileUtil::UniqFileName(); // 形成唯一文件名字LOG(DEBUG)<<"调用UniqFileName()形成唯一名字"<<file_name<<"\n";run_result = Runner::Run(file_name, cpu_limit, men_limit);if (!FileUtil::WriteFile(PathUtil::Src(file_name), code)) // 形成临时src文件.cpp{status_code = -2; // 未知错误goto END;}if (!Compiler::Compile(file_name)){// 编译失败status_code = -3;goto END;}run_result = Runner::Run(file_name, cpu_limit, men_limit);if (run_result < 0){// 服务器的内部错误，包括不限于文件打开失败，创建子进程失败等待status_code = -2; // 未知错误goto END;}else if (run_result > 0){status_code = run_result;}else{// 运行成功status_code = 0;}END:std::cout<<"到达end语句"<<std::endl;// status_codeout_value["status"] = status_code;out_value["reason"] = CodeToDesc(status_code, file_name);LOG(DEBUG)<<CodeToDesc(status_code, file_name);if (status_code == 0){// 整个过程全部成功 , 这时候才需要运行结果std::string _stdout;FileUtil::ReadFile(PathUtil::Stdout(file_name), &_stdout, true);out_value["stdout"] = _stdout; }else{std::string _stderr;FileUtil::ReadFile(PathUtil::CompilerError(file_name), &_stderr, true);out_value["stderr"] = _stderr;}// 序列化Json::StyledWriter writer;*out_json = writer.write(out_value);//清理所有的临时文件RemoveTempFile(file_name);}};
}

compile_run:它的功能是接收远端传进来的json包，并反序列化得到其中的代码与输入，并调用compile进行编译

• 编译成功：调用runner将代码运行起来->将执行结果分别保存到.exe、.stdin、.stdout 、.stderr、.compile_stderr文件中
• 编译失败：不调用runner

最后按对应构造json 返回给上级调用，即write进out_json中,收尾清除创建的文件

 

compile_server .cc文件编写：

 

#include"compile_run.hpp"
#include<jsoncpp/json/json.h>
#include"../comm/httplib.h"
using namespace ns_compile_and_run;
using namespace httplib;//编译服务随时可能被多个人请求,必须保证传递上来的code，形成源文件名称的时候，要具有唯一性，不然影响多个用户
void Usage(std::string proc)
{std::cerr <<"Usage:"<<"\n\t"<<proc<<"port"<<std::endl;
}
// ./compiler_server port
int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!=2){Usage(argv[0]);}Server svr;svr.Get("/hello",[](const Request &req,Response &resp){resp.set_content("hello httplib,你好httplib","content_type: text/plain");});//svr.set_base_dir("./wwwroot");svr.Post("/compile_and_run",[](const Request &req,Response &resp){  //请求服务正文是我们想要的json串LOG(DEBUG)<<"调用compile_and_run"<<"\n";std::string out_json;std::string in_json = req.body;if(!in_json.empty()){LOG(DEBUG)<<"当前的in_json"<<in_json<<"\n";CompileAndRun::Start(in_json,&out_json);resp.set_content(out_json,"application/json;charset=utf-8");}});svr.listen("0.0.0.0",atoi(argv[1]));//启动http服务了// std::string code = "code";// Compiler::Compile(code);// Runner::Run(code);//0-----------------------测试代码-------------------//下面的工作，充当客户端请求的json串// std::string in_json;// Json::Value in_value;// //R"（）" raw string 凡事在这个圆括号里面的东西，就是字符串哪怕有一些特殊的字符串// in_value["code"] =R"(#include<iostream>// int main(){//         std::cout<<"测试成功"<<std::endl;//         int a = 10;//         a /= 0;//         return 0;//     })";// in_value["input"] ="";// in_value["cpu_limit"] = 1;// in_value["mem_limit"] = 10240 * 3;// Json::FastWriter writer;// std::cout<<in_json<<std::endl;// in_json = writer.write(in_value);// //这个是将来给客户端返回的字符串// std::string out_json;// CompileAndRun::Start(in_json,&out_json);// std::cout<<out_json<<std::endl;//0-----------------------------------------------------//提供的编译服务，打包新城一个网络服务//这次直接用第三方库，cpp-httplibreturn 0;
}

直接引入的httplib库， 设置好ip和端口就可以直接监听了

• svr.get() ：就是当对该服务器发起/hello 请求的时候，我就会接受到该请求，以Get的方式返回resp

makefile：

由于当前使用的c++11的新特性，引入了json库，和多线程

compile_server:compile_server.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11 -ljsoncpp -lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f compile_server

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项目设计 -- 基于MVC结构的oj服务 

本质：建立一个小型网站

1.获取首页

2.编辑区域页面

3.提交判题功能（编译并运行） 

 

M：Model，通常是和数据交互的模块，比如对题库的增删改查（文件版，mysql版）

V：view，通常是拿到数据之后，要进行构建网页，渲染网页内容

C：control，控制器，也就是我们核心业务逻辑

用户的请求服务路由功能：

#include "../comm/httplib.h"
#include "login.hpp"
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include"oj_control.hpp"
using namespace httplib;
using namespace ns_control;
const std::string login_path = "../oj_login/wwwroot/";
static Control *ctrl_ptr = nullptr;
void Recovery(int signo)
{ctrl_ptr->RecoveryMachine();
}
int main() {signal(SIGQUIT,Recovery);// 用户请求的服务路由功能Server svr;Control ctrl;Login login;ctrl_ptr = &ctrl;/*1获取所有的题目列表*/svr.Get(R"(/all_questions)", [&ctrl](const Request &req, Response &resp) {std::string html;ctrl.AllQuestions(&html);resp.set_content(html, "text/html;charset=utf-8");});//   2用户要根据题目编号来选择题目// 这里的\d是正则表达式 + 是匹配数字// R"()"保持原始字符串不会被特殊字符影响比如\d \r \n之类的不需要做相关的转义svr.Get(R"(/question/(\d+))", [&ctrl](const Request &req, Response &resp) {std::string number = req.matches[1];std::string html;ctrl.OneQuestion(number,&html);resp.set_content(html,"text/html;charset=utf-8");});// 3用户提交代码，使用我们的判题功能（1.没道题目的测试用例 2.compile_and_run)svr.Post(R"(/judge/(\d+))",[&ctrl](const Request &req, Response &resp){std::string number = req.matches[1];// resp.set_content("这是指定的一道题目的判题：" + number,//                  "text/plain;charset=utf-8");std::string result_json;ctrl.Judge(number,req.body,&result_json);resp.set_content(result_json,"application/json;charset=utf-8");});svr.Post(R"(/dealregister)",[&ctrl](const Request &req, Response &resp){int status = 1;std::string in_json = req.body;std::string out_json;if(!ctrl.UserRegister(in_json,&out_json)){status = 0;}LOG(INFO)<<"用户注册status : "<<status<<"\n";Json::Value tmp;tmp["status"] = status;Json::FastWriter writer;std::string res = writer.write(tmp);resp.set_content(res,"application/json;charset=utf-8");});svr.Get(R"(/my_login)",[&login,&ctrl](const Request &req,Response &resp){//直接跳转到静态的htmlstd::string html;ctrl.Login(req.body,&html);resp.set_content(html, "text/html;charset=utf-8");});svr.Get(R"(/register)",[&login,&ctrl](const Request &req,Response &resp){//直接跳转到静态的htmlstd::string html;ctrl.Register(req.body,&html);resp.set_content(html, "text/html;charset=utf-8");});svr.set_base_dir("./wwwroot");svr.listen("0.0.0.0", 8080);return 0;
}

这样当用户通过http请求我们的oj_server服务器的时候我们可以正确的路由到合适的功能

model功能：提供对数据的操作（文件版）

#pragma once
//文件版本
/*
编号
标题
难度
描述
时间（内部），空间（内部处理）两批文件构成
1.question.list：题目列表：不需要出现题目描述
2.需要题目的描述，需要题目的预设置代码（header.cpp）,测试用例代码(tail.cpp)这两个内容是通过题目的编号，产生关联的
*/
#pragma once
#include "../comm/log.hpp"#include "../comm/util.hpp"
#include <cassert>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>
// 根据题目list文件，加载所有信息到内存中
// model:主要用来和数据进行交互，对外提供访问数据的接口namespace ns_model {
using namespace std;
using namespace ns_log;
using namespace ns_util;
class Question {
public:std::string number; // 题目编号std::string title;  // 题目的标题std::string star;   // 难度：简单中等困难int cpu_limit;      // 时间要求 sint mem_limit;      // 空间要求 kbstd::string desc;   // 题目的描述std::string header; // 题目预设给用户在线编辑器的代码std::string tail; // 题目的测试用例，需要和header拼接形成完整代码
};
const std::string question_list = "./questions/questions.list";
const std::string question_path = "./questions/";
class Model {
private:// 题号：题目细节unordered_map<string, Question> questions;public:Model() { assert(LoadQuestionList(question_list)); }bool LoadQuestionList(const std::string &question_list) {// 加载配置文件questions/question.list + 题目编号文件ifstream in(question_list);if (!in.is_open()) {LOG(FATEL) << "加载题库失败，请检查是否存在题库文件"<< "\n";return false;}std::string line;while (getline(in, line)) {vector<string> tokens;StringUtil::SplitString(line, &tokens, " ");if (tokens.size() != 5) {LOG(WARNING) << "加载部分题目失败，请检查文件格式"<< "\n";continue;}Question q;q.number = tokens[0];q.title = tokens[1];q.star = tokens[2];q.cpu_limit = atoi(tokens[3].c_str());q.mem_limit = atoi(tokens[4].c_str());std::string path = question_path;path += q.number;path += "/";FileUtil::ReadFile(path + "desc.txt", &(q.desc), true);FileUtil::ReadFile(path + "header.cpp", &(q.header), true);FileUtil::ReadFile(path + "tail.cpp", &(q.tail), true);questions.insert({q.number, q});}LOG(INFO) << "加载题库成功！"<< "\n";in.close();return true;}bool GetAllQuestion(vector<Question> *out) {if (questions.size() == 0) {LOG(ERROR) << "用户获取题库失败"<< "\n";return false;}for (const auto &q : questions) {out->push_back(q.second); // fir是key' sec是value}return true;}bool GetOneQuestion(const std::string &number, Question *q) {const auto &iter = questions.find(number);if (iter == questions.end()) {LOG(ERROR) << "用户获取题目失败：" << number << "\n";return false;}(*q) = iter->second;return true;}~Model() {}
};
} // namespace ns_model

该设计中有一个 question的题目清单,像题库的目录一样，填写每道题目的基本信息：

对应的是:

1.题目编号 2.题目名字 3.题目难度 4.时间限制 5.空间限制

 

 

 model功能：提供对数据的操作（数据库版）

#pragma once
//这个是mysql版本
/*
编号
标题
难度
描述
时间（内部），空间（内部处理）两批文件构成
1.question.list：题目列表：不需要出现题目描述
2.需要题目的描述，需要题目的预设置代码（header.cpp）,测试用例代码(tail.cpp)这两个内容是通过题目的编号，产生关联的
*/
#pragma once
#include "../comm/log.hpp"#include "../comm/util.hpp"
#include <cassert>
#include <stdio.h>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>#include"include/mysql.h"
// 根据题目list文件，加载所有信息到内存中
// model:主要用来和数据进行交互，对外提供访问数据的接口namespace ns_model {
using namespace std;
using namespace ns_log;
using namespace ns_util;
class Question {
public:std::string number; // 题目编号std::string title;  // 题目的标题std::string star;   // 难度：简单中等困难int cpu_limit;      // 时间要求 sint mem_limit;      // 空间要求 kbstd::string desc;   // 题目的描述std::string header; // 题目预设给用户在线编辑器的代码std::string tail; // 题目的测试用例，需要和header拼接形成完整代码
};const std::string oj_questions ="oj_questions"; 
const std::string oj_user = "oj_user";
const std::string host = "127.0.0.1";
const std::string user = "oj_client";
const std::string passwd = "123456";
const std::string db = "oj";
const int port = 3306;
class Model {
private:// 题号：题目细节unordered_map<string, Question> questions;
public:Model() { }bool QueryMySql(const std::string &sql,vector<Question> *out){//创建mysql句柄MYSQL *my = mysql_init(nullptr);//连接数据库if(mysql_real_connect(my,host.c_str(),user.c_str(),passwd.c_str(),db.c_str(),port,nullptr,0) == nullptr){LOG(FATAL)<<"连接数据库失败！"<<"\n";return false;}//一定要设置该链接的编码格式默认是拉钉的mysql_set_character_set(my,"utf8mb4");LOG(INFO)<<"连接数据库成功"<<"\n";//执行sql语句if(0 != mysql_query(my,sql.c_str())){LOG(WARNING) << sql <<"execute error!"<<"\n";return false;}MYSQL_RES *res = mysql_store_result(my);//分析结果int rows = mysql_num_rows(res); //获得行数量int cols = mysql_num_fields(res);//获得列数量Question q;for(int i = 0;i<rows;i++){MYSQL_ROW row = mysql_fetch_row(res);q.number = row[0];q.title = row[1];q.star = row[2];q.desc = row[3];q.header = row[4];q.tail = row[5];q.cpu_limit = atoi(row[6]);q.mem_limit = atoi(row[7]);out->push_back(q);}//释放结果空间free(res);//关闭mysql连接mysql_close(my);return true;}bool GetAllQuestion(vector<Question> *out) {std::string sql ="select *from ";sql += oj_questions;return QueryMySql(sql,out);}bool GetOneQuestion(const std::string &number, Question *q) {bool res = false;std::string sql = "select *from ";sql+=oj_questions;sql+= " where number=";sql+=number;vector<Question> result;if(QueryMySql(sql,&result)){if(result.size() == 1){*q = result[0];res = true;}}return res;}bool UserRegister(const std::string& in_json,std::string* out_json){//这里先对in_json反序列化Json::Reader reader;Json::Value in_value;reader.parse(in_json,in_value);std::string number = in_value["number"].asString();std::string name = in_value["name"].asString();std::string password = in_value["password"].asString();int limit = in_value["limit"].asInt();int level = in_value["level"].asInt();//判断账号密码是否可行std::string sql = " select *from ";sql+=oj_user;sql+=" where number=";sql+=number;//创建数据库MYSQL *my = mysql_init(nullptr);//连接数据库if(mysql_real_connect(my,host.c_str(),user.c_str(),passwd.c_str(),db.c_str(),port,nullptr,0) == nullptr){LOG(WARNING)<<"连接到用户数据库失败"<<"\n";return false;}//一定要记得设置该链接的编码格式mysql_set_character_set(my,"utf8");LOG(INFO)<<"连接懂啊用户数据库成功"<<"\n";if(0 != mysql_query(my,sql.c_str())){LOG(WARNING)<< sql <<"execute error!"<<"\n";return false;}MYSQL_RES *res = mysql_store_result(my);if(mysql_num_rows(res) == 0)//获得行数量{ //当前输入的数据可以创建用户MYSQL_STMT *stmt = mysql_stmt_init(my);const char* query = "insert into oj_user values (?,?,?,?,?)";if(mysql_stmt_prepare(stmt,query,strlen(query)) != 0){LOG(WARNING)<<"stmt出现错误"<<"\n";mysql_stmt_close(stmt);mysql_close(my);return false;}//下面开始绑定MYSQL_BIND bind_params[5];memset(bind_params,0,sizeof bind_params);bind_params[0].buffer_type = MYSQL_TYPE_STRING;bind_params[0].buffer = (char*)number.c_str();bind_params[0].buffer_length = number.size();bind_params[1].buffer_type = MYSQL_TYPE_STRING;bind_params[1].buffer = (char*)name.c_str();bind_params[1].buffer_length = name.size();bind_params[2].buffer_type = MYSQL_TYPE_STRING;bind_params[2].buffer = (char*)password.c_str();bind_params[2].buffer_length = password.size();bind_params[3].buffer_type = MYSQL_TYPE_LONG;bind_params[3].buffer = &limit;bind_params[3].is_unsigned = 1;bind_params[4].buffer_type = MYSQL_TYPE_LONG;bind_params[4].buffer = &level;bind_params[4].is_unsigned = 1;if(mysql_stmt_bind_param(stmt,bind_params) !=0){LOG(WARNING) <<"绑定stmt参数出错"<<"\n";mysql_stmt_close(stmt);mysql_close(my);return false;}//执行插入语句if(mysql_stmt_execute(stmt)!=0){LOG(WARNING)<<"执行stmt语句的时候出现错误..."<<"\n";mysql_stmt_close(stmt);mysql_close(my);return false;}mysql_stmt_close(stmt);mysql_close(my);return true;}else{//服务器有重复的用户num ，不允许再创建了return false;}//保存到服务器//这里out_json暂时没有用，没有要返回的值return true;}~Model() {}
};
} // namespace ns_model

control：逻辑控制模块

#pragma once#include<iostream>
#include<string>
#include<cassert>
#include<algorithm>
#include<fstream>
#include<jsoncpp/json/json.h>
#include<vector>
#include<mutex>
#include"oj_view.hpp" 
// #include"oj_model.hpp"
#include"oj_model2.hpp"
#include"../comm/log.hpp"
#include"../comm/util.hpp"
#include"../comm/httplib.h"
namespace ns_control
{using namespace std;using namespace httplib;using namespace ns_log;using namespace ns_util;using namespace ns_model; using namespace ns_view;//提供服务的主机的内容class Machine{public:std::string ip; //编译服务器的ipint port;       //编译服务器的端口uint64_t load;  //编译服务器负载std::mutex *mtx;//mutex是禁止拷贝的,使用指针来完成public:Machine():ip(""),port(0),load(0),mtx(nullptr){}~Machine(){}public:void ResetLoad(){if(mtx)mtx->lock();load = 0;LOG(DEBUG)<<"当前ip:"<<ip<<"端口："<<port<<"的load已经清除load = "<<load<<"\n";if(mtx)mtx->unlock();}//提升主机负载void IncLoad(){if(mtx) mtx->lock();++load;if(mtx) mtx->unlock();}//减少主机负载void DecLoad(){if(mtx) mtx->lock();--load;if(mtx) mtx->unlock();}//获取主机负载,没有太大的意义，只是为了同一接口uint64_t Load(){uint64_t _load = 0;if(mtx) mtx->lock();_load = load;if(mtx) mtx->unlock();return _load;}};const std::string service_machine = "./conf/service_machine.conf";//负载均衡模块class LoadBalance{ private://可以给我们提供编译服务的所有的主机//每一台主机都有自己的下标，充当当前主机的idstd::vector<Machine> machines; //所有在线的主机std::vector<int> online;//所有离线主机的idstd::vector<int> offline;//保证选择主机上的这个东西要保证数据安全std::mutex mtx;public:LoadBalance(){assert(LoadConf(service_machine));LOG(INFO)<<"加载"<<service_machine <<"成功"<<"\n";}~LoadBalance(){}public:bool LoadConf(const std::string &machine_cof){std::ifstream in(machine_cof);if(!in.is_open())\{LOG(FATAL) <<"加载："<<machine_cof<<"失败"<<"\n";return false;}std::string line;while (getline(in,line)){std::vector<std::string> tokens;StringUtil::SplitString(line,&tokens,":");if(tokens.size()!=2){LOG(WARNING) <<"切分"<<line<<"失败"<<"\n";std::cout<<tokens[0]<<":"<<tokens[1]<<std::endl;continue;}//LOG(INFO) <<"切分"<<tokens[0]<<tokens[1]<<"成功"<<"\n";Machine m;m.ip = tokens[0];m.port = atoi(tokens[1].c_str());m.load = 0;m.mtx = new std::mutex();online.push_back(machines.size());machines.push_back(m);}in.close();return true;}//id:是一个输出型参数//m:是一个输出型参数bool SmartChoice(int *id,Machine **m){//1.使用选择好的主机(更新该主机的负载)//2.我们需要可能离线该主机mtx.lock();//选择主机//一般的负载均衡的算法//1.随机数法 + hash//2.轮询 + hashint online_num = online.size();//在线主机的个数if(online_num == 0){mtx.unlock();LOG(FATAL) << "所有的后端编译主机已经全部离线，请后端的尽快重启"<<"\n";return false;}LOG(DEBUG)<<"online:"<<online.size()<<"\n";//通过编译，找到负载最小的机器*id = online[0];*m = &machines[online[0]];uint64_t min_load = machines[online[0]].Load();for(int i = 1;i<online_num;i++){uint64_t curr_load = machines[online[i]].Load();if(min_load > curr_load){min_load = curr_load;*id = online[i];*m = &machines[online[i]];}}mtx.unlock();return true;}void OfflineMachine(int which){mtx.lock();for(auto iter = online.begin();iter!=online.end();iter++){if(*iter == which){//要离线的主机找到了machines[which].ResetLoad();LOG(DEBUG)<<"当前离线主机的负载更改为："<<machines[which].load;online.erase(iter);offline.push_back(which);break;//因为break的存在，所以暂时不考虑迭代器失效的问题}}mtx.unlock();}void OnlineMachine(){//我们统一上线,后面统一解决mtx.lock();online.insert(online.end(),offline.begin(),offline.end());offline.erase(offline.begin(),offline.end());mtx.unlock();LOG(INFO)<<"所有的主机又上线了"<<"\n";LOG(INFO)<<"online:"<<online.size()<<"offline"<<offline.size()<<"\n";}void ShowMachines(){mtx.lock();LOG(INFO)<<"online:"<<online.size()<<"offline"<<offline.size()<<"\n";mtx.unlock();}};//这是我们核心业务逻辑的控制器class Control{private:Model model_;//提供后台数据View view_; //提供网页渲染功能LoadBalance load_blance_; //核心负载均衡器public:void RecoveryMachine(){load_blance_.OnlineMachine();}//根据题目数据构建网页//html：输出型参数bool AllQuestions(string *html){bool ret = true;vector<Question> all;if(model_.GetAllQuestion(&all)){sort(all.begin(),all.end(),[](const Question &q1,const Question &q2){return atoi(q1.number.c_str()) < atoi(q2.number.c_str());});//获取题目信息 成功，将所有的题目数据构建成网页view_.AllExpandHtml(all,html);}else{*html="获取题目失败，形成题目列表失败";ret = false;}return ret;}bool OneQuestion(const string &number,string *html){Question q;bool ret = true;if(model_.GetOneQuestion(number,&q)){//获取指定信息的题目成功，构建程网页view_.OneExpandHtml(q,html);}else{*html="获取指定题目题目失败，形成题目列表失败";ret = false;}return ret;}void Login(const std::string in_json,std::string *out_json){//in_json是发送过来的请求数据，用户的账号等待//返回渲染的登录界面view_.LoginExpandHtml(out_json);}void Register(const std::string in_json,std::string *out_json){if(view_.RegisterExpandHtml(out_json)){LOG(INFO)<<"插入成功"<<"\n";}else{LOG(INFO)<<"插入失败，可能是重复的用户"<<"\n";}}bool UserRegister(const std::string in_json,std::string *out_json){return model_.UserRegister(in_json,out_json);}//id:: 100 //code:include//input:void Judge(const std::string &number,const std::string in_json,std::string *out_json){// LOG(INFO)<<"调用Judge功能"<<"\n";// LOG(DEBUG)<<in_json<<"\nnumber:"<<number<<"\n";//0.根据题目编号，拿到题目细节Question q;model_.GetOneQuestion(number,&q);//1.in_json反序列化 ，得到题目的id，得到源代码，inputJson::Reader reader;Json::Value in_value;reader.parse(in_json,in_value);std::string code = in_value["code"].asString();//2.重新拼接用户代码+测试用例代码，形成新的代码Json::Value compile_value;compile_value["input"] = in_value["input"].asString();compile_value["code"] = code + q.tail;compile_value["cpu_limit"] = q.cpu_limit;compile_value["mem_limit"] = q.mem_limit;Json::FastWriter writer;std::string compile_string = writer.write(compile_value);//3.选择负载最低的主机，然后发起HTTP请求得到结果//规则：一直选择，直到主机可用，否则就是全部挂掉while(true){int id = 0;Machine *m = nullptr;if(!load_blance_.SmartChoice(&id,&m)){   break;}//4.*out_json = 将结果复制给out_jsonClient cli(m->ip,m->port);m->IncLoad();LOG(DEBUG)<<"选择主机成功，主机id:"<<id<<"\n详情："<<m->ip<<":"<<m->port<<"当前主机负载："<<m->Load()<<"\n";if(auto res = cli.Post("/compile_and_run",compile_string,"application/json;charset=utf-8")){//将我们的结果返回给out_jsonif(res->status == 200){*out_json = res->body;m->DecLoad();LOG(INFO)<<"请求编译和运行服务成功..."<<"\n";break;}                        m->DecLoad();}else{//请求失败LOG(ERROR)<<"选择主机失败，主机id:"<<id<<"详情："<<m->ip<<":"<<m->port<<"可能已经离线"<<"\n";load_blance_.OfflineMachine(id);load_blance_.ShowMachines();//仅仅为了调试}//m->DecLoad();}}Control(){}~Control(){}};
}

control模块实现了 负载均衡

• 负载均衡
  • 第一种：随机数+hash
  • 第二种：轮询+hash ， 本文是在用轮询+hash
• 为了实现负载均衡所有要把所有主机管理起来，有了Machine类
  • std::string ip ：编译服务器的ip
  • int port：编译服务器的端口
  • uint64_t load ：编译服务器的负载
  • std::mutex *mtx：每个机器可能会同时被多个用户访问，所以要有锁来保证临界资源，并且mutex是不允许拷贝的，所以这里直接用指针，这样在赋值构造和拷贝构造就没事了

 

 view渲染功能：将后端的代码渲染到html返回给前端

这里就要使用到ctemplate库了：

 

 

#pragma once#include<iostream>
#include<string>
#include<ctemplate/template.h>
// #include"oj_model.hpp"
#include"oj_model2.hpp"namespace ns_view
{using namespace ns_model;const std::string template_path ="./template_html/";const std::string login_path = "./login_html/";class View{public:View(){}~View(){}bool RegisterExpandHtml(std::string *html){//新城路径std::string src_html = login_path + "register.html";//形成数据字典ctemplate::TemplateDictionary root("register");//获取渲染的网页ctemplate::Template *tpl = ctemplate::Template::GetTemplate(src_html,ctemplate::DO_NOT_STRIP);//开始渲染tpl->Expand(html,&root);return true;}void LoginExpandHtml(std::string *html){//形成路径std::string src_html = login_path + "login.html";//形成数据字典ctemplate::TemplateDictionary root("my_login");//获取渲染网页ctemplate::Template *tpl = ctemplate::Template::GetTemplate(src_html,ctemplate::DO_NOT_STRIP);//开始渲染tpl->Expand(html,&root);}void AllExpandHtml(const vector<Question> &questions,std::string *html){// 题目的编号 题目的标题 题目的难度// 推荐使用表格显示//1。形成路径std::string src_html = template_path + "all_questions.html";LOG(INFO)<<"形成路径成功:"<< src_html <<"\n";//2.形成数据字典ctemplate::TemplateDictionary root("all_questions");for(const auto& q:questions){ctemplate::TemplateDictionary *sub = root.AddSectionDictionary("question_list");sub->SetValue("number",q.number);sub->SetValue("title",q.title);sub->SetValue("star",q.star);}//3.获取被渲染的网页htmlctemplate::Template *tpl = ctemplate::Template::GetTemplate(src_html,ctemplate::DO_NOT_STRIP);LOG(INFO)<<"获取渲染网页的html成功"<<"\n";//4.开始完成渲染功能tpl->Expand(html,&root);LOG(INFO)<<"渲染成功"<<"\n";}void OneExpandHtml(const Question &q,std::string *html){//形成路径std::string src_html = template_path + "one_question.html";LOG(DEBUG)<<"one expand html :"<<src_html<<"\n";//q.desc//形成数字典ctemplate::TemplateDictionary root("one_question");root.SetValue("number",q.number);root.SetValue("title",q.title);root.SetValue("star",q.star);root.SetValue("desc",q.desc);root.SetValue("pre_code",q.header);//获取被渲染的htmlctemplate::Template *tpl = ctemplate::Template::GetTemplate(src_html,ctemplate::DO_NOT_STRIP);//开始渲染功能tpl->Expand(html,&root);}};
}

 

 

总结 

1.前端的代码在博客最上端绑定的文件当中 ，篇幅太长不展示出来了

2.该项目的技术栈众多，是c++后端和前端进行交互的一个项目

3.项目的难点有：负载均衡的分配到每一台编译服务器、容错处理，能够处理多种不同的错误原因、并发处理要对临界资源的管理、以及高并发访问的话要对效率有所保证，毕竟在线oj服务是具有时效性的

4.debug困难，要在test.cc下测试成功后再进行编写，便于修改bug