學生在線考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)-畢業(yè)論文

本科畢業(yè)論文（設(shè)計）模板本科畢業(yè)論文(設(shè)計)論文題目：在線考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 學生姓名：羅偉 學號：1205290203專業(yè)：軟件工程班級：軟件1202指導教師：王命宇完成日期：2016年5月30日緒論（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javastructs框架、jsp框架、.net框架所壟斷，盡管如此，這些框架在一些領(lǐng)域因為其執(zhí)行效率的低下而被用戶詬病。比如，java需要在JVM環(huán)境下運行，對大量內(nèi)置數(shù)據(jù)類型進行過度封裝，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、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，本系統(tǒng)就是為了在這方面做進一步嘗試。C++對開發(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)廣大編程初學者對C++的熱愛，敢于迎難而上，攻克難關(guān)，推動我國乃至世界軟件業(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示例和樣本。改善大量用戶同時在線訪問時，出現(xiàn)的服務(wù)器崩潰、宕機、響應(yīng)延時高、不穩(wěn)定、產(chǎn)生錯誤的瓶頸。（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C++語言的推廣，鼓勵更過的后來者勇于登上計算機科學的高峰，解決一個接一個的難題，最終推動計算機科學的發(fā)展的學術(shù)性意義。更重要的是，它也具有很大的商業(yè)價值和實際意義。相對于傳統(tǒng)的線下考試，在線考試不需要安排實際的‘物理考場’。安排大量的考場，設(shè)置過多的考點、密切關(guān)注對考場秩序的調(diào)度。這會帶來大量的人力資源成本，并且效率低下，不符合信息時代對效率的要求。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)就可以進行答題。這方便了考生合理安排自己的答題環(huán)境。對教師而言，減輕了大量手工批閱試卷的負擔，客觀題部分完全自動化閱卷。主觀題則只需和管理員溝通制定相應(yīng)的評分細則，系統(tǒng)采用類似于標準答案關(guān)鍵詞匹配比例的算法即可比較公正地批改試卷。非常輕松簡捷，方便，降低了人工閱卷的難度。一、系統(tǒng)簡介隨著大數(shù)據(jù)、云存儲、云計算、高并發(fā)、集群與分布式計算這些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們對效率和性能的關(guān)注度也急劇升溫。本系統(tǒng)是擬為學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)，在大量考生同時參與考試時，使得服務(wù)器正常工作的同時，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訪問的大量的web應(yīng)用程序都是使用javastructs、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)級別的應(yīng)用或驅(qū)動程序，而C++語言則用在服務(wù)器、部分系統(tǒng)級別的底層開發(fā)（尤其是游戲服務(wù)器）。之所以使用C++語言是因為C不適合大型項目或具有通用性和代碼可高度可重用性的開發(fā)。國內(nèi)外的web網(wǎng)站幾乎都會用到程序連接訪問數(shù)據(jù)庫，而大量地訪問數(shù)據(jù)庫，會給應(yīng)用程序帶來很多負擔，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。大部分數(shù)據(jù)庫對于C/C++語言都提供了源碼級別的支持，再加上C/C++程序執(zhí)行效率高，這對于頻繁訪問數(shù)據(jù)庫的web應(yīng)用是一個不錯的選擇。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動態(tài)應(yīng)用的響應(yīng)速度和可擴展性。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)境簡介整個考試系統(tǒng)涉及的開發(fā)語言、開發(fā)平臺、運行平臺、運行環(huán)境要求及限制、使用的技術(shù)手段的詳細信息參見表1-1。表1-1 系統(tǒng)環(huán)境匯總表開發(fā)語言C++開發(fā)平臺Linux(Centos6.664bits)Web反向代理服務(wù)器nginx數(shù)據(jù)庫mysqlWeb文檔Html2.0(>=)緩存服務(wù)器memcached其他輔助開發(fā)工具模板引擎、js/cssfcgi后端服務(wù)器運行環(huán)境任何unix-like的操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用的是Centos6.6。Web客戶端運行環(huán)境操作系統(tǒng)平臺：Winall/Linux/Unix-like/Mac-OS瀏覽器：Google（推薦）、IE、firefox等主流瀏覽器。（二）nginx簡介Nginx(“enginex”)最早是由俄國軟件工程師Igor.Sysoev采用C語言、Linux系統(tǒng)平臺的epollIO多路復用技術(shù)、kqueue網(wǎng)絡(luò)IO模型編寫的httpweb反向代理服務(wù)器。在高并發(fā)大數(shù)據(jù)量連接的場景下，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)、負載均衡、內(nèi)存、CPU等硬件資源消耗低的優(yōu)點，以至于Nginx在國內(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)出銳不可當之勢。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訂閱頻道等國內(nèi)外知名的門戶網(wǎng)站。Nginx在http代理和反向代理服務(wù)器方面的應(yīng)用幾乎會取代Apache（本文并沒有任何詆毀和輕蔑Apache在行業(yè)中的地位，僅僅是個人的預測）。同其他的http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)頁面請求（即http服務(wù)器），又可以響應(yīng)動態(tài)頁面請求（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相對于其他老牌服務(wù)器（Apache為例）的優(yōu)缺點對比，參見表3-2。表1-2 各服務(wù)器優(yōu)缺點對比nginxApache是否輕量級是（線程級別）否，重量級（進程級別）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)連接下會出現(xiàn)大量錯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強大對動態(tài)頁面的響應(yīng)不太好非常好因為，兩者都支持http服務(wù)和反向代理、正向代理。又基于兩者各自的優(yōu)缺點，在一些應(yīng)用場景下，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http服務(wù)器和反向代理服務(wù)器。（三）cgi與f-cgi原理簡介在說明FastCGI之前，先說說CGI的前世今生。CGI即CommonGatewayInterface公共網(wǎng)關(guān)接口。CGI后端服務(wù)器程序的原理是：每次當客戶請求到來時（即請求CGI），http服務(wù)器或反向代理服務(wù)器就會fork+exec生成替換一個新的CGI進程處理客戶請求。當CGI執(zhí)行完畢后，該CGI子進程將會被服務(wù)器進程kill掉。也就是說由服務(wù)器管理著處理客戶請求的CGI子進程。顯而易見，當高并發(fā)連接環(huán)境下，這樣的工作模式是很受程序員詬病的。因為頻繁地創(chuàng)建和銷毀子進程將加大系統(tǒng)的開銷和負擔。FastCGI（即fcgi，后文將用fcgi簡言之），本質(zhì)上是對CGI的改進。其工作原理是將用于處理客戶連接請求的子進程，即CGI解釋器進程長期駐留于內(nèi)存中并因此獲得在性能上的提高。fcgi克服了CGI的弊病，CGI解釋器的反復加載是CGI性能低下的主要原因，相反，用fcgi進程管理器調(diào)度管理常駐在內(nèi)存中的CGI解釋器會明顯提高服務(wù)器的性能。fcgi完整的工作過程如下所述：首先，fcgi進程管理器（nginx下fcgi與反向代理服務(wù)器是分離的）在http服務(wù)器或反向代理服務(wù)器啟動時即載入內(nèi)存。接著，fcgi進程管理器進行初始化，隨后同時啟動多個CGI解釋器進程，等待來自客戶端的連接。緊接著，當客戶端連接請求到達Http服務(wù)器或反向代理服務(wù)器時，fcgi進程管理器選擇并連接到一個CGI解釋器進程。由我們的Http服務(wù)器或反向代理服務(wù)器將CGI環(huán)境變量和標準輸入重定向到fcgi子進程。fcgi子進程執(zhí)行完處理后將標準輸出和錯誤信息重定位到客戶端瀏覽器。這就是本系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器交互通信的原理。當fcgi子進程關(guān)閉連接時，請求便告處理完成。fcgi子進程接著等待并處理來自fcgi進程管理器（運行在Http服務(wù)器或反向代理服務(wù)器中）的下一個連接，而不急著退出系統(tǒng)，換出到磁盤。而CGI進程在傳統(tǒng)的CGI模式中，執(zhí)行完后就不存在了。顯而易見的是，CGI相對于fcgi相當慢。每一個Web請求到來都要生成一個子進程去處理請求，完成請求時又被主進程析構(gòu)掉。使用fcgi，所有這些都只在nginx主進程啟動時發(fā)生一次。一個額外的好處是，持續(xù)數(shù)據(jù)庫連接可以工作并運行良好。簡單地說，fcgi服務(wù)器優(yōu)于cgi服務(wù)器。因為每次有新的客戶鏈接請求到來時，fcgi使用的是多線程處理方式去處理請求，而cgi則是fork+exec復制替換一個進程去處理請求，存在多進程的開銷和負擔。（四）memcached簡介Memcached是一款分布式內(nèi)存對象緩存軟件，主要用途是動態(tài)Web應(yīng)用中，減輕數(shù)據(jù)庫負載。它通過將已經(jīng)訪問過的數(shù)據(jù)和對象緩存于內(nèi)存中，減少對數(shù)據(jù)庫的讀訪問次數(shù)，提高訪問數(shù)據(jù)庫的速度。Memcached內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用一個存儲鍵值對的哈希表（HashMap），用C語言編寫的守護進程（daemon），而客戶端可以采用任何語言編寫只需要遵循memcached約定的應(yīng)用層協(xié)議即可與memcached服務(wù)器端守護進程通信。因此，memcached具有極強的分布式緩存的能力。memcached的存儲機制是，其API使用循環(huán)冗余校驗計算出存儲鍵值，基于處理哈希沖突的方式尋找出合理的存儲數(shù)據(jù)的服務(wù)器，當內(nèi)部HashMap表格滿后，采用LRU（最近未使用的算法）替換出那些不太重要的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中。大多數(shù)web應(yīng)用架構(gòu)都是將服務(wù)器端的重要數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，把客戶端用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中讀取并顯示在客戶端瀏覽器界面。但對于那些對數(shù)據(jù)集中訪問的大量客戶端請求，服務(wù)器端從數(shù)據(jù)庫取數(shù)據(jù)的速度和性能會非常糟糕，最終導致服務(wù)器端和客戶端響應(yīng)時延加長，網(wǎng)站訪問速度極慢。memcached就可以非常好的解決這個問題。從前文的介紹中不難得出，memcached是一款性能極高的分布式緩存服務(wù)器，其主要用途是：通過緩存數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果，減少對數(shù)據(jù)庫訪問次數(shù)，提高動態(tài)Web應(yīng)用的響應(yīng)速度。本文只是引進對memcached的使用，并非是一個對memcached的歷史、發(fā)展、使用目的、用途、通信機制和原理、存儲算法和優(yōu)化、安裝配置使用的完全指南。更過這方面的細節(jié)，可以關(guān)注網(wǎng)上或圖書中關(guān)于memcached的詳細介紹。總而言之，與memcached通信是十分簡單可行的，因為他們遵循的是應(yīng)用層的協(xié)議，只要遵循這種協(xié)議通信機制，任何語言都可以和memcached服務(wù)器端通信。比如：Perl、PHP、Python、Ruby、C#、C/C++、Lua。這就是本系統(tǒng)選擇memcached作為緩存機制的最好詮釋。（五）mysql數(shù)據(jù)庫簡介Mysql數(shù)據(jù)庫是一種開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（RDBMS）軟件，后被oracle公司收購。mysql廣泛使用于應(yīng)用程序的后臺數(shù)據(jù)庫或企業(yè)管理日常數(shù)據(jù)。對于其社區(qū)版本（免費版）提供的功能完全足夠用于本系統(tǒng)的開發(fā)。Mysql在windows、Linux、類unix操作系統(tǒng)下都有對應(yīng)版本可供安裝使用。二、可行性研究可行性研究是軟件進行之前必須做的工作，可行性分析的結(jié)果最終決定了是否繼續(xù)開發(fā)這個項目。本系統(tǒng)主要研究了在經(jīng)濟、技術(shù)、法律方面的可行性以及在可行性研究階段，以概括的形式表達對現(xiàn)有系統(tǒng)的認識的工具：系統(tǒng)流程圖、數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典。（一）經(jīng)濟可行性本系統(tǒng)一定是具有很好的經(jīng)濟效益的，并且所獲得的經(jīng)濟效益并不會少于或略高于其開發(fā)成本。隨著線上線下O2O概念的流行，越來越多的企業(yè)或個人經(jīng)營者都愿意出資將自身的服務(wù)掛牌在網(wǎng)上，使之得到良好的宣傳、推廣、盈利。假設(shè)開發(fā)系統(tǒng)的周期為21工作日，各個團隊的每日平均工資如表2-1統(tǒng)計所示。表2-1 工程團隊的資金流預算單位：人數(shù)/人工資/元天數(shù)/天人數(shù)日工資工作天數(shù)開發(fā)團隊530020需求分析團隊102406測試團隊101808系統(tǒng)設(shè)計團隊830010根據(jù)以上預算，項目總支出為：8.28w。一旦上線，則按每日代理的企業(yè)和學校等其他需要在線考試的單位所獲得的平均報酬為1600/d,那么預估兩年后將會獲得116.8w的收入，凈利潤為108.52w。很顯然這在兩年內(nèi)的價值已經(jīng)是一個相當可觀的收入了。（二）技術(shù)可行性當今現(xiàn)有的技術(shù)水平以及開發(fā)團隊的素質(zhì)對于實現(xiàn)學生在線登錄、注冊、答題、查詢考試成績以及管理員管理試題、發(fā)布試題、批閱試題、發(fā)布成績等功能具有高度可行性。系統(tǒng)擬采用c++編寫后端服務(wù)器邏輯處理（即功能），使用nginx作為反向代理服務(wù)器以支持高并發(fā)大數(shù)據(jù)處理，獲得性能和效率上的可行性。另外，memcached這種高級的緩存技術(shù)，在國內(nèi)外應(yīng)用早就變得十分成熟。因此，系統(tǒng)在技術(shù)上的可行性也就非常明顯。（三）法律可行性系統(tǒng)在開發(fā)過程中完全遵循獨立自主的開發(fā)流程，開發(fā)過程中使用到的一部分技術(shù)也是FSF（自由軟件基金會）范圍的開源軟件或工具，不存在知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品最終解釋權(quán)的糾紛。項目中的各部分合同也經(jīng)過法律程序反復校驗，所以，系統(tǒng)在法律方面的可行性是順理成章的。（四）系統(tǒng)流程圖在可行性分析階段，主要的圖表是系統(tǒng)流程圖。該圖表是概括的描繪物理系統(tǒng)的傳統(tǒng)工具。其基本思想是用圖形符號以黑盒子形式描繪組成系統(tǒng)的各個部件（程序、文件、數(shù)據(jù)庫、人工過程、表格等）。系統(tǒng)流程圖是描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)各個部件之間的流動情況，不是對數(shù)據(jù)進行加工處理的控制過程。如圖2-1。圖2-1 系統(tǒng)流程圖（五）數(shù)據(jù)流圖DFD數(shù)據(jù)流圖是指信息流和數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源點輸入開始，經(jīng)系統(tǒng)各個程序模塊之間經(jīng)變換處理輸出到終點的過程中的流動狀態(tài)的一種圖形化技術(shù)。數(shù)據(jù)流圖只關(guān)心系統(tǒng)做什么，而不關(guān)心如何做的問題。不同于系統(tǒng)流程圖，在數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)和信息流不能經(jīng)過任何的物理部件。是一種邏輯模型，其很好地描述了系統(tǒng)的各個邏輯功能。這對于計算機專業(yè)人員和非專業(yè)人員的用戶來說，非常便于溝通和反饋。同時，這將在日后的實際開發(fā)中起到非常重要的作用，實際的開發(fā)必須立足于此。下面是系統(tǒng)的頂層和分層的數(shù)據(jù)流圖展示。圖2-2頂層數(shù)據(jù)流圖圖2-3學生模塊數(shù)據(jù)流圖圖2-4管理員模塊數(shù)據(jù)流圖（六）數(shù)據(jù)字典DD數(shù)據(jù)字典也是一種邏輯模型。數(shù)據(jù)字典服務(wù)器數(shù)據(jù)流圖，其用于描述數(shù)據(jù)流圖中涉及到的所有元素，包括數(shù)據(jù)源點/終點、信息流、變換處理、數(shù)據(jù)存儲等。盡管數(shù)據(jù)字典如前所述定義了數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)流分量、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理。一般可以把數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)處理用別的形式加以描述（如IPO圖或PDL圖）。需要注意的是數(shù)據(jù)元素允許別名，對別名的使用與直接使用該數(shù)據(jù)元素的名字具有等價意義。如何定義數(shù)據(jù)流圖中存在的元素，標準是什么，是本節(jié)關(guān)心的重點。一般而言，定義一個事物，通常是定義組成改事物的成分的組合。但是這些組成事物的成分可能還是一個需要分解的事物。因此，數(shù)據(jù)定義是一個自頂向下的逐步分解過程。當分解的元素并不需要重新去定義時，這個分解過程就完成了。基于此，下面圖表給出了上文數(shù)據(jù)流圖的數(shù)據(jù)字典。表2-2 IO處理進程數(shù)據(jù)字典標識符DFD_top01名字用戶瀏覽器終端IO處理進程別名fcgi程序的標準IO描述接受來自用戶的輸入或把web文檔顯示在終端顯示屏定義用戶瀏覽器終端IO處理進程=[fcgi標準輸入|fcgi標準輸出]位置頂層數(shù)據(jù)流圖表2-3 http請求數(shù)據(jù)字典標識符DFD_top02名字Http請求別名描述一切以客戶端瀏覽器形式向服務(wù)器端發(fā)送請求的基于http協(xié)議的字節(jié)流定義Http請求=http請求報文頭+(http數(shù)據(jù)部分)位置頂層數(shù)據(jù)流圖表2-4 http應(yīng)答數(shù)據(jù)字典標識符DFD_top03名字http應(yīng)答別名描述服務(wù)器返回基于http協(xié)議的字節(jié)流給客戶端瀏覽器定義Http請求=http應(yīng)答報文頭+(http數(shù)據(jù)部分)位置頂層數(shù)據(jù)流圖表2-5 后臺數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字典標識符DFD_top04名字后臺數(shù)據(jù)描述Fcgi程序邏輯處理的一切中間結(jié)果或某些重要數(shù)據(jù)的備份定義后臺數(shù)據(jù)=學生數(shù)據(jù)+試題數(shù)據(jù)+題目數(shù)據(jù)位置頂層數(shù)據(jù)流圖表2-6 數(shù)據(jù)字典之查詢結(jié)果集標識符DFD_top05名字查詢結(jié)果集描述Fcgi程序邏輯處理過程中需要的某些存放在本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)集合定義查詢結(jié)果集=0{[學生數(shù)據(jù)|試題數(shù)據(jù)|題目數(shù)據(jù)]}3位置頂層數(shù)據(jù)流圖標識符DFD_stu01名字學生事務(wù)描述和學生有關(guān)的操作。比如注冊、登錄、答題、查詢成績。定義學生事務(wù)=[注冊|登錄|答題|查詢成績]位置學生模塊數(shù)據(jù)流圖表2-7 數(shù)據(jù)字典之網(wǎng)頁數(shù)據(jù)標識符DFD_stu02名字網(wǎng)頁數(shù)據(jù)描述將相應(yīng)事務(wù)的處理結(jié)果以web文檔的形式返回給客戶端定義網(wǎng)頁數(shù)據(jù)=處理結(jié)果的html文檔位置學生模塊數(shù)據(jù)流圖、管理員模塊數(shù)據(jù)流圖表2-8 數(shù)據(jù)字典之學生事務(wù)處理結(jié)果標識符DFD_stu03名字學生事務(wù)處理結(jié)果描述通過fcgi邏輯處理程序把相應(yīng)事務(wù)的處理結(jié)果反饋給客戶端定義學生事務(wù)處理結(jié)果=網(wǎng)頁數(shù)據(jù)位置學生模塊數(shù)據(jù)流圖表2-9 數(shù)據(jù)字典之管理員事務(wù)標識符DFD_admin01名字管理員事務(wù)描述與管理員有關(guān)的操作。比如管理試題、發(fā)布試題、批閱試卷、發(fā)布成績定義管理員事務(wù)=[管理試題|發(fā)布試題|批閱試卷|發(fā)布成績]位置管理員模塊表2-10 數(shù)據(jù)字典之管理員事務(wù)處理結(jié)果標識符DFD_admin02名字管理員事務(wù)處理結(jié)果描述通過fcgi邏輯處理程序把相應(yīng)事務(wù)的處理結(jié)果反饋給客戶端定義管理員事務(wù)處理結(jié)果=網(wǎng)頁數(shù)據(jù)位置管理員模塊三、需求分析需求分析的主要任務(wù)是提煉出客戶的所有需求，需求分析人員必須對客戶的每一點需求明確無誤。在需求分析階段會使用SA（結(jié)構(gòu)化）分析的思想對系統(tǒng)進行“自頂向下，逐步細化”的求精分析。所以該過程主要會產(chǎn)生實體聯(lián)系圖（ER圖）。以下章節(jié)將逐步詳解。（一）功能需求功能需求主要描述用戶對于系統(tǒng)需要完成哪些功能做的約束。通過用例圖則可以很好地描述。用例圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)用例圖（二）性能需求1)大量考生同時在線，系統(tǒng)不能因為大數(shù)據(jù)量連接而中斷考生的請求；2)系統(tǒng)對于任意考生的響應(yīng)速度控制在2秒內(nèi)；3)經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)提供緩存機制；4)服務(wù)器工作的穩(wěn)定性必須良好，不能再考試過程中出現(xiàn)故障；5)大量考生相同的請求，不能以加重對數(shù)據(jù)庫的訪問代價而實現(xiàn)；6)必須確保后端服務(wù)器集群的穩(wěn)定工作；（三）ER圖實體聯(lián)系圖是一種概念性的數(shù)據(jù)模型。其描述了實體、實體的屬性以及實體之間的關(guān)系。實體聯(lián)系圖ER圖如圖3-2。圖3-2系統(tǒng)ER圖四、總體設(shè)計（概要設(shè)計）（一）系統(tǒng)概要設(shè)計系統(tǒng)概要設(shè)計主要是系統(tǒng)功能和后臺數(shù)據(jù)庫的概要設(shè)計。1.WBS圖系統(tǒng)概要設(shè)計就是得出系統(tǒng)由哪些功能模塊組成。用WBS圖則可以很好地描述系統(tǒng)功能模塊的組成和模塊之間的關(guān)系。圖4-1系統(tǒng)WBS2.系統(tǒng)功能模塊與界面設(shè)計學生模塊最核心的功能就是：注冊，登錄，答題，查詢成績。管理員是本系統(tǒng)的最高權(quán)限者，操持著對學生、試題、企業(yè)、圖片、音樂等各方面資源的生殺大權(quán)。其界面的設(shè)計可以稍微簡約。比如以命令行的方式來管理系統(tǒng)中的資源，因為省去了太多的資源加載和響應(yīng)時間，當涉及到大量用戶動態(tài)地企圖修改服務(wù)器端資源的請求時，如果因為加載時延太大，會大大影響服務(wù)器的實時響應(yīng)效率。Linux系統(tǒng)就是這種哲學，因此，許多服務(wù)器部署在Linux上會獲得更大的穩(wěn)定性和效率。而管理員模塊則可以以控制臺命令行的方式來管理試題、發(fā)布試卷、閱卷、發(fā)布成績等操作。因此界面設(shè)計主要是考生用戶的界面設(shè)計。學生注冊（RegisterForStudent）：任何學生最終可能會被管理員和用人單位聯(lián)系到。所以需要有個唯一標識用戶存在的帳號，供學生登錄，使用系統(tǒng)。但是在登錄注冊之前，需要為考生提供一個使用系統(tǒng)前的前臺索引頁面，此索引界面有兩個入口，學生登錄入口和注冊入口?？忌c擊點擊相應(yīng)入口即可跳轉(zhuǎn)到具體頁面。學生登錄(LoginForStudent)：為了保證登陸的安全性，建議使用考試帳號登錄和注冊。此考號可以唯一地標識學生在本系統(tǒng)中的身份。因為，當用戶名和密碼重復時，不一定保證學生正確登陸系統(tǒng)。也可以使用郵箱登陸，因為郵箱帳號是唯一的。學生必須填寫正確的帳號和密碼的表單，點擊登錄，方可登陸系統(tǒng)，然后，系統(tǒng)會匹配數(shù)據(jù)庫中的學生，判斷是否讓其登陸。為提高容錯性：系統(tǒng)必須提供檢測帳號或密碼是否任一為空，是否有任一不正確，以錯誤信息提示給學生。登錄成功的學生可以進入網(wǎng)站首頁main.html,否則，系統(tǒng)再次輸出登錄頁給學生。個人主頁界面：個人主頁功能可以展示考生的基本信息和詳細信息，個人在必要的時候還可以修改保存?zhèn)€人的資料。網(wǎng)站主界面：這是學生登錄系統(tǒng)后的第一個界面main.html，所有的功能請求都將通過此界面跳轉(zhuǎn)，直接或間接地得到實現(xiàn)?？忌梢酝ㄟ^此頁面獲取近期的考試安排，考試進度，考試結(jié)束后的成績查詢，訪問個人主頁，聯(lián)系管理員等。（二）數(shù)據(jù)庫概要設(shè)計數(shù)據(jù)庫概要設(shè)計主要工作是得出該數(shù)據(jù)庫的ER模型和相關(guān)數(shù)據(jù)庫表。1.ER模型本系統(tǒng)涉及的實體主要有：考生、考試、試題、管理員。以及實體間的關(guān)系，考生需要在考試開考前提前預約自己期望的考試場次，學生在預約指定場次的在線考試時，還需答題，在成績放榜后，學生需要查詢成績。管理員需要管理試題、發(fā)布試題、發(fā)布考試成績等。因此，系統(tǒng)涉及的所有用戶實體和實體間關(guān)系，詳細見下表3-1。ER模型圖在需求分析就已經(jīng)給出。參見需求分析中的圖3-2。2.關(guān)系模型設(shè)計關(guān)系模型請參見表4-1。表4-1 實體間關(guān)系匯總表關(guān)系名稱參與雙方關(guān)系類型描述可省補充考生、考生資料(1,1)作為考生的詳細說明管理考生考生、管理員(m,n)管理員管理考生信息預約考試考生、試卷(m,n)考生預約考試考試考生、題目(m,n)考生答題管理試題管理員、題目(m,n)管理試題集管理考試管理員、試卷(m,n)管理員管理試卷包含隸屬試卷、題目(1,n)若干試題只能出現(xiàn)在一套試卷中五、詳細設(shè)計詳細設(shè)計的主要任務(wù)是確定如何具體的設(shè)計系統(tǒng)，但不是具體的編碼。但是在這個過程中設(shè)計的好壞直接關(guān)乎到軟件實現(xiàn)的質(zhì)量。而詳細設(shè)計主要是系統(tǒng)的人機交互界面設(shè)計和數(shù)據(jù)庫的詳細設(shè)計。（一）功能設(shè)計系統(tǒng)分為兩大模塊：學生功能模塊和網(wǎng)站管理員模塊。以下是各個模塊在其身份范圍內(nèi)所具有的功能。使用程序流程圖來描述每個模塊的邏輯處理過程。1.學生功能模塊(StudentModule)1)學生注冊(RegisterForStudent)：不是所有用戶都可以使用系統(tǒng)，因為那樣的話，就失去了系統(tǒng)的意義。系統(tǒng)旨在為學生提供一個網(wǎng)上考試平臺供學生檢測掌握知識的程度，以及用人單位企業(yè)甚至管理員可以聯(lián)系到考生，所以需要審核用戶是否是合法的學生身份。故而需要填寫關(guān)于個人資料的表單，完成注冊，提交給服務(wù)器。如圖5-1。2)登錄(LoginForStudent)：考生所有的操作都應(yīng)該在登錄到系統(tǒng)才能完成。如圖5-2。3)答題(AnswerExamPaper)：提供考生在規(guī)定時間內(nèi)答題，提交前提醒考生是否真的確定提交，且支持邊做邊保存功能。如圖5-3。4)查詢成績(QuerExamGrades)：在成績放榜后學生可以登錄系統(tǒng)查詢。支持在線查看成績和導出生成成績單。成績由各大題的分值組成、參與考試的學生排名。還支持糾錯功能。如果考生有疑問可以點擊“對成績，我有疑問”，對比自己的答案和標準答案進行求證。若有考生認為標準答案有錯誤，可以嘗試聯(lián)系管理員以更正標準答案和所有學生的成績、排名。如圖5-4。圖5-1學生注冊邏輯流程圖圖5-2學生登錄邏輯流程圖圖5-3學生答題邏輯流程圖圖5-4學生查詢成績邏輯流程圖2.網(wǎng)站管理員模塊(AdminModule)1）發(fā)布試題(ReleaseExamination):在首頁點擊發(fā)布試題，跳到試題管理頁面，完成增刪改試題后，點擊發(fā)布，生成試題html，供后續(xù)考試使用，并返回首頁。當管理本次試題（增刪改試題列表）、涉及到頁面和數(shù)據(jù)庫題號的變動。經(jīng)過管理員確認最終的試題集之后，點擊發(fā)布，相關(guān)題就被寫入題目html及服務(wù)器的后臺數(shù)據(jù)庫。所有靠攀升通過訪問此頁面進行答題。如圖5-5。2)批改試卷(CorrectExamPaper):客觀題部分把學生提交的答案與標準答案進行比對。并計算相應(yīng)分值。編程題部分的評分標準，可由企業(yè)或教師直接與管理員商議。學生提交的答案和標準答案都存放在數(shù)據(jù)庫中。如圖5-6。3)登記成績(EnrollExamGrades):此功能先顯示所有考生的成績，輸入指定考生的考生號和成績，將把新的數(shù)據(jù)重寫到數(shù)據(jù)庫，并顯示在此頁。點擊返回將返回到網(wǎng)站首頁。提供首次登記成績及以后更改成績使用。如圖5-7。4)發(fā)布成績(ReleaseExamination):此功能先顯示所有考生的成績，點擊發(fā)布成績按鈕，將把所有考生的成績格式化輸出到studentsGrades.html頁面，供學生查詢成績。格式如下：前三名高亮顯示，狀元、榜眼、探花。顯示所有考生的成績排名。通過上一頁下一頁實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)查看。如圖5-8。圖5-5管理試卷邏輯流程圖圖5-6批閱試卷邏輯流程圖圖5-7登記成績邏輯流程圖5-8發(fā)布成績流程程圖（二）數(shù)據(jù)庫表詳細設(shè)計表5-1 考生基本信息表（tBasicInfo_stu）字段類型描述examNoint(7)用于唯一標識考生。登錄、使用系統(tǒng)時使用。主鍵約束。passWordvarchar(12)考生密碼，登錄時使用。sNamevarchar(20)考生姓名。sSexchar(4)考生性別。sTelNochar(11)手機號，方便管理員聯(lián)系考生?；蛴糜谝院竺艽a找回或帳號激活行為。sEmailvarchar(30)郵箱，方便管理員聯(lián)系考生?；蛴糜谝院竺艽a找回或帳號激活行為。sBirthDate出生日期。sAgetinyint(3)考生年齡。isAlivedtinyint(2)是否激活。激活帳號才可以登錄使用系統(tǒng)。表5-2 考生詳細信息表（tDetailInfo_stu）字段類型描述該表的所有字段作為保留字段。在后續(xù)的需求中可能會用到。表5-3 考試基本信息表（tBasicInfo_exam）字段類型描述examIDint(7)唯一標識某場考試。主鍵約束。examNamevarchar(30)考試名稱。描述當場考試。examTypevarchar(30)考試類型。描述當場考試。examDatedatetime考試日期和具體時間。examTimevarchar(30)考試時長。單位：分鐘examStatusvarchar(30)考試狀態(tài)，總共5有種考試狀態(tài)：已發(fā)布試題、未發(fā)布試題、未發(fā)布成績、已發(fā)布成績、考試已結(jié)束、考試正在進行、此考試已下架。不同的狀態(tài)描述了考試的進度，方便管理和考生查詢。numOfStudentsint(7)此場考試的學生人數(shù)。表5-4 考試詳細信息表(tDetailInfo_exam)字段類型描述該表的所有字段作為保留字段。在后續(xù)的需求中可能會用到。表5-5 學生考試成績表(tGradesInfo_stu)字段類型描述examIDint(7)唯一標識某場考試。外鍵約束，碼字段。examNoint(7)用于唯一標識考生。登錄、使用系統(tǒng)時使用。外鍵約束，碼字段。sGradesdouble(3,2)學生成績。examStatusvarchar(30)考試狀態(tài)，總共5有種考試狀態(tài)：已發(fā)布試題、未發(fā)布試題、未發(fā)布成績、已發(fā)布成績、考試已結(jié)束、考試正在進行、此考試已下架。不同的狀態(tài)描述了考試的進度，方便管理和考生查詢。表5-6考試題目信息表(tItemInfo_exam)字段類型描述examIDint(7)唯一標識某場考試。外鍵約束，碼字段。itemNotinyint(3)唯一標識某道題。碼字段。itemAnsvarchar(512)題的正確答案。itemQusvarchar(256)描述題干信息。itemPathvarchar(256)部分需要涉及圖片的題目。itemPointstinyint(2)每題的分值不超過2位數(shù)。表5-7學生答案表(tStuAns)字段類型描述examIDint(7)唯一標識某場考試。外鍵約束，碼字段。examNoint(7)用于唯一標識考生。登錄、使用系統(tǒng)時使用。外鍵約束，碼字段。itemNotinyint(3)唯一標識某道題。外鍵約束，碼字段。stuAnsvarchar(300)學生關(guān)于此題的答案。

六、編碼與單元測試編碼和單元測試其實屬于同一個階段。每當程序員實現(xiàn)出一個單元的邏輯，就需要對這個單元的邏輯進行測試。因為，“邊編碼，邊測試，反復測試”總是一個好的指導思想。而單元測試正是檢測軟件設(shè)計中的最小單元--模塊。（一）單元編碼本節(jié)將列出系統(tǒng)的主要的八大功能的邏輯實現(xiàn)，對于底層調(diào)用的更多子例程不會詳細介紹。感興趣的讀者可以參見系統(tǒng)源碼?；蛘哧P(guān)注CSDN等網(wǎng)站，作者將會以開源的形式上傳源碼。偽代碼形式說明模塊的執(zhí)行流程。boolCStudent::registerForStudent()：此函數(shù)用于實現(xiàn)考生登錄。算法如下：考生點擊登錄，是，則2，否則顯示登錄頁面；帳號、密碼任意一個為空或錯誤，打印準確的錯誤提示給考生，否則3）；帳號存在，已激活否，是則4），否則，出錯；登錄成功。boolCStudent::registerForStudent()：此函數(shù)用于實現(xiàn)考生注冊。算法如下：1）考生點擊注冊，是，則2，否則顯示注冊頁面；2）考生填寫的任意一個基本項為空或錯誤，打印準確的錯誤提示給考生，否則3）；3）點擊注冊，系統(tǒng)生成新的考生號給考生。并要求考生確認激活帳號。constCStudent::CGrades*CStudent::queryExamGrades(intexamID)：此函數(shù)用于實現(xiàn)考生查詢成績。算法如下：1）考生點擊查詢成績鏈接；2）輸入要查詢的考試場次examID，及人數(shù)；3）輸入無效，則出錯，否則4；4）系統(tǒng)根據(jù)examID查詢考試進度，最終返回給考生。voidCStudent::answerExamPaper()：此函數(shù)用于實現(xiàn)考生在線答題。算法如下：1）考生點擊開始答題鏈接；2）輸入要進行的考試場次examID；3）輸入無效，則出錯，否則4；4）系統(tǒng)根據(jù)examID查詢考試進度，若進度為正在考試或?qū)⒁荚嚕瑒t進入考試，否則出錯。boolCAdministrator::manageExamPaper(intexamID,intop)：此函數(shù)用于實現(xiàn)管理員管理試卷。算法如下：1）管理員點擊管理試題鏈接，進入管理界面2）輸入要操作的考試場次examID及操作類型；3）輸入無效，則出錯，否則4；4）系統(tǒng)根據(jù)examID查詢數(shù)據(jù)庫表，并更新到所有關(guān)聯(lián)的表。boolCAdministrator::publicExamPaper(intexamID)：此函數(shù)用于實現(xiàn)管理員發(fā)布試卷。算法如下：1）管理員點擊發(fā)布試題鏈接，進入發(fā)題界面（一般根據(jù)約定，將在考試前十分鐘發(fā)卷）；2）輸入要發(fā)布的考試場次examID；3）輸入無效，則出錯，否則4；4）系統(tǒng)根據(jù)examID查詢數(shù)據(jù)庫表，并更新到所有關(guān)聯(lián)的表。boolCAdministrator::correctExamPaper(intexamID)：此函數(shù)用于實現(xiàn)管理員批改試卷。算法如下：管理員點擊閱卷試鏈接；輸入要閱卷的考試場次examID；3）輸入無效，則出錯，否則4；4）系統(tǒng)根據(jù)examID查詢數(shù)據(jù)庫表，遍歷數(shù)據(jù)庫中的所有當前考試的考生、試題、成績，程序進行計算成績并更新到所有關(guān)聯(lián)的表。boolCAdministrator::publicExamGrades(intexamID)：參見發(fā)布試卷的算法。（二）界面展示根據(jù)系統(tǒng)的概要設(shè)計，學生模塊包括注冊，登錄，答題，查詢成績。管理員模塊全程在類似于控制臺命令行的方式操作。下面依次展示了編碼實現(xiàn)后的各模塊的界面。圖6-1考生索引界面圖6-2學生登錄界面圖6-3學生登錄界面圖6-4學生答題界面圖6-5學生查詢成績界面圖6-6個人博客界面圖6-7網(wǎng)站主界面（三）單元測試單元測試關(guān)心的是模塊能否正常的工作，將模塊看成是黑盒子，不關(guān)心其內(nèi)部具體實現(xiàn)。假設(shè)系統(tǒng)有個1024539,密碼是11的學生，且有場過期的考試examID為1102009，測試用例如表6-1。表6-1 單元測試用例表模塊測試用例預期輸出登錄examNo=1024539,passwd=11ok注冊examNo=1024539,passwd=11error答題examID=1102009error查詢成績examID=1102009error管理試題examID=1102009,op=delok[發(fā)布試題|發(fā)布成績|閱卷]examID=1102009error七、系統(tǒng)測試在軟件開發(fā)過程中，測試一直是個很重要的主題之一。甚至可以和需求分析階段的重要程度并駕齊驅(qū)。軟件測試是為了找出并糾正軟件中的潛在缺陷，是軟件質(zhì)量保證中的重要一環(huán)。隨著軟件測試技術(shù)的興起和發(fā)展，軟件測試分為黑盒測試、白盒測試、功能測試、性能測試、容錯測試、集成測試、系統(tǒng)測試等。本章節(jié)的主要內(nèi)容是結(jié)合模塊實例圍繞黑盒測試和白盒測試展開。黑盒測試關(guān)心接口或模塊的功能是否正確地實現(xiàn)，而這些測試已經(jīng)在上一章的單元測試得以體現(xiàn)，這里就不再贅述。假設(shè)系統(tǒng)有個1024539,密碼是11的學生，且有場過期的考試examID為1102009，有場正在進行的考試examID=1024668，有場已經(jīng)閱完卷的考試examID=1668998。系統(tǒng)測試階段的所有測試用例參見表7-1。表7-1 系統(tǒng)測試用例表測試對象測試用例測試類別覆蓋類別預期輸出CStudent::registerForStudent()uName=”LiMing”passWord=”123”rePassWord=”123”emailAddr=“myEmail@126.com”tel=nfisifsiiAgree=true白盒測試判定覆蓋電話號碼不是11位手機號格式。CStudent::loginForStudent()examNo=1024539passwd=“qq”白盒測試判定覆蓋密碼不正確。CStudent::queryExamGrades(intexamID)examID=1102009白盒測試判定覆蓋該考試已下架。CStudent::answerExamPaper()isAlived=truecurrentStatus=LOGINEDisNextItemClicked=true白盒測試判定覆蓋輸出下一題。CAdministrator::manageExamPaper(intexamID,intop)examID=1102009op=DELETE白盒測試語句覆蓋刪除試題成功。CAdministrator::publicExamPaper(intexamID)examID=1102009白盒測試判定覆蓋發(fā)布試題失敗，該考試已下架。CAdministrator::correctExamPaper(intexamID)測試用例1{examID=1002894}測試用例2{examID=1024668}白盒測試條件組合覆蓋用例1測試無效的考試examID(必須是7位數(shù)字)；用例2。用例2測試正在進行的考試examID(必須是7位數(shù)字)，閱卷失敗。CAdministrator::publicExamGrades(intexamID)examID=1668998白盒測試判定覆蓋發(fā)布試題成功。八、系統(tǒng)維護（一）項目部署與網(wǎng)站發(fā)布系統(tǒng)開發(fā)完成后，后端服務(wù)器源碼在Linux平臺編譯、運行，通過nginx反向代理允許考生在線登錄、使用。有關(guān)nginx的安裝在網(wǎng)絡(luò)鏈接如此發(fā)達的今天，可以便捷地因特網(wǎng)上搜索到在Linux上的安裝配置與使用，這里不再贅述。將網(wǎng)站發(fā)布出去，只需要將nginx的服務(wù)器目錄下的location段（因特網(wǎng)用戶訪問網(wǎng)站服務(wù)器的根目錄）設(shè)置為后端服務(wù)器所在目錄即可。（二）性能調(diào)優(yōu)和運維后期系統(tǒng)的維護主要任務(wù)就是維護nginx性能和效率。這些內(nèi)容在nginx使用手冊上隨處可見。在一個正規(guī)的OTO公司中必然設(shè)有系統(tǒng)運維方面的職位，這方面的工作也就落在這部分專業(yè)人士的身上。比如，一般nginx可以在連續(xù)7天工作（甚至更長）不宕機，但是，如果nginx配置文件修改需要重啟nginx，而重啟可能會使得當前的用戶請求中斷，nginx在慢啟動、平滑升級等功能支持很好。這使得可以既保證考生的實時請求不會受到影響，還能實現(xiàn)nginx的重啟工作。一個好的運維工程師一定對于這些知識胸有成竹、了然于心。在系統(tǒng)維護上，企業(yè)和web應(yīng)用開發(fā)團隊應(yīng)該高度引起重視，因為，軟件維護是也是軟件生命周期中的一部分，而且也不容忽視，當客戶的需求變更或升級都會在原版本系統(tǒng)上做出更改。結(jié)論本系統(tǒng)的開發(fā)落下帷幕。關(guān)于前文提到的所有功能也完全實現(xiàn)?？梢钥吹剑瑢W生相關(guān)的操作，注冊、登錄、答題、查詢成績以及管理員管理試題、發(fā)布試題、批閱試卷、發(fā)布成績都可以運行良好。最重要的是，本系統(tǒng)在Linux下模擬了上萬的客戶連接并提供超長時間的服務(wù)。系統(tǒng)也達到了預期的設(shè)想。即高并發(fā)條件下保持著出色的性能和效率，且健壯而穩(wěn)定，對于用戶的操作都能快速的響應(yīng)。