HUSTOJ的Windows版评判内核（一）
作者：游蓝海
个人主页：http://blog.csdn.net/you_lan_hai
2013.4.9 注：最新版本项目地址：https://github.com/NsLib/FreeJudger。新版FreeJudger，跟我之前写的这个已经完全不一样了，之前的这个废除。虽然现在工作忙，但我们会继续开发FreeJudger，直到功能完善，详见：HUSTOJ的Windows版评判内核（二）
在线评测系统(Online Judge System，OJ)，即在线评判用户所提交的代码是否能够解决相应的题目，常作为高校训练学生编程实践能力的平台已及ACM/ICPC等程序设计竞赛平台。目前，985、211类的实力高校，基本都拥有自己的OJ，而对于实力较弱的高校来说，开发一个OJ是相当困难的一件事。虽然OJ系统可以共享，但是如果作为内部练习和训练，依赖别人的oj，并不是很方便。如今，OJ系统已经非常多了，但是开源的系统却并不多，而且开源的评判内核就更少了，如果评判程序出了问题，还得等别人出更新。这也许是因为开发过程比较辛苦的原因吧。
HUSTOJ是一个出色的开源的系统，它遵循GPL，不仅功能齐全，而且还有开发团队维护，免去了高校的重复劳动力（详见：http://code.google.com/p/hustoj/）。虽然web可以搭建到任何一款操作系统上，但是HUSTOJ的评判内核却是linux版的，我相信用windows的菜鸟团队会更多，至少我们当年就是这样的，要搭建一个linux环境何其困难呀。
以前在学校的时候，我是ACM团队的负责人之一，我们没有自己的OJ，训练的时候都会去其他学校的OJ做题。大部分学校OJ的题库偏难，挫败了无数的新手，我目睹几百人的团队，后来流失到30多人，目睹了很多想成为编程高手的计算机系学弟去打游戏了，作为一个团队负责人，我感觉我失职了。虽然有部分学校的OJ题会简单些，但是我们经常会遇到这样的尴尬，重要时刻网站无法登录！
作为苦逼的无人问津院校的最差专业的想为自己开发团队打造自主oj的你，加入我们吧：群117975329,验证信息CSDN。
好了，废话不多说，无码无真相，windows版HUSTOJ评判内核项目：http://code.google.com/p/online-judger/ ，目前已经完成大部分功能，基本可用，建议用svn工具（推荐TortoiseSVN）下载最新源码。
原理说明
1.数据库管理模块（DBManager）从数据库查询出当前结果为待定和等待重判的提交信息，并组装成内部可识别任务数据（Task），然后将Task转交给评判单元（JudgeCell），等待评判。
2.评判单元（JudgeCell）管理着一组评判内核（JudgeCore），每个评判内核（JudgeCore）都运行在独立的线程中。评判内核不断的从评判单元中获取任务，如果发现任务就进行一次评判，然后通过回调接口，将评判结果反馈给上层，最终，评判的结果会反馈给DBManager。
3.DBManager收到结果后，将结果写回数据库。
4.一个评判内核（JudgeCore）由三个执行部件（Excuter）组成，分别是编译器（Compiler）、执行器(Runner)、匹配器(Matcher)组成，分别负责编译用户代码，执行用户程序并生成输出数据，匹配用户程序的输出数据是否与测试数据匹配。JudgeCore目前只支持c和c++两种语言。
开发工具
visual studio 2008
解决方案构成
解决方案共有3个项目，LZData,acm,Judger。
1.LZData，是我其他项目中读/写配置文件的工具，目前支持LZD和XML两种格式。对XML格式的支持不是很完善，目前只支持赋值类语法，不支持注释、帮助等格式的语法。
2.acm，简单的封装了一些常用的windows API，如线程、进程、网络通信、文件处理、MySql等。
3.Judger，是HUSTOJ的评判内核程序。Judger/bin是内核程序的输出目录。
TODO
1.支持评判内核沙箱运行模式。
2.增加对Java代码评判的支持。
3.增加对sim的支持。
4.评判单元多进程化。
5.HUSTOJ IDE测试功能的支持。
简易测试环境搭建
1.安装wamp（windows+apache+mysql+php）集成环境。
2.下载HUSTOJ，将其web目录放置到wamp/www目录下。数据库的配置参考hustoj/install/readme。
3.下载本windows版评判程序，编译后，在judger/bin目录下生成judger.exe。judger.exe可以放置到任意目录，但是配置文件（config.xml）中的<testDataPath>项路径必须与hustoj 测试数据的配置项‘OJ_DATA’保持一致，此路径最好都用绝对路径。
程序写的不是很好，欢迎各位windows编程砖家以及oj内核砖家留下您宝贵的一砖。其中在编写windows沙箱（job）功能时遇到了几个棘手的问题：
1.job时间已经到了，程序还未终止，往往要多等待2-5s。
2.评判含有静态声明的大数组（数组内存超出job的限制内存）代码时，在进程添加到job之后，调用ResumeThread的瞬间，子进程就弹出错误对话框了。如：
#include ..... char buffer[100*1024*1024];//超出job限制内存。 int main().....
因此，程序执行程序没有使用到沙箱功能，而是简单的启动监视线程来监视子进程的执行情况，如果子进程超出限制，则强行结束。
附上一段沙箱（job）实现代码，望高手指点：
bool ZProcessJob::create(const tstring & cmd, bool start_/* = true*/)
{
if (NULL != m_hProcess)
{
OutputMsg(_T("process has been created!"));
return false;
}
int64 limitTime = m_limitTime * 10000; //100ns (1s = 10^9ns)
int limitMemory = m_limitMemory * 1024; //bytes
if (limitMemory < 0)//超出int范围了
{
limitMemory = 128*1024*1024; //默认128M
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//创建作业沙箱（job）
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
tstring jobName;
generateGUID(jobName);
if(!m_job.create(jobName))
{
OutputMsg(_T("create job faild!"));
return false;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//设置job信息
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//设置基本限制信息
JOBOBJECT_EXTENDED_LIMIT_INFORMATION subProcessLimitRes;
ZeroMemory(&subProcessLimitRes, sizeof(subProcessLimitRes));
JOBOBJECT_BASIC_LIMIT_INFORMATION & basicInfo = subProcessLimitRes.BasicLimitInformation;
basicInfo.LimitFlags = JOB_OBJECT_LIMIT_PROCESS_TIME|
JOB_OBJECT_LIMIT_PRIORITY_CLASS|
JOB_OBJECT_LIMIT_PROCESS_MEMORY|
JOB_OBJECT_LIMIT_DIE_ON_UNHANDLED_EXCEPTION;
basicInfo.PriorityClass = NORMAL_PRIORITY_CLASS; //优先级为默认
basicInfo.PerProcessUserTimeLimit.QuadPart = limitTime; //子进程执行时间ns(1s=10^9ns)
subProcessLimitRes.ProcessMemoryLimit = limitMemory; //内存限制
m_job.setInformation(
JobObjectExtendedLimitInformation,
&subProcessLimitRes,
sizeof(subProcessLimitRes));
//让完成端口发出时间限制的消息
JOBOBJECT_END_OF_JOB_TIME_INFORMATION timeReport;
ZeroMemory(&timeReport, sizeof(timeReport));
timeReport.EndOfJobTimeAction = JOB_OBJECT_POST_AT_END_OF_JOB;
m_job.setInformation(
JobObjectEndOfJobTimeInformation,
&timeReport,
sizeof(JOBOBJECT_END_OF_JOB_TIME_INFORMATION));
//UI限制
JOBOBJECT_BASIC_UI_RESTRICTIONS subProcessLimitUi;
ZeroMemory(&subProcessLimitUi, sizeof(subProcessLimitUi));
subProcessLimitUi.UIRestrictionsClass = JOB_OBJECT_UILIMIT_NONE|
JOB_OBJECT_UILIMIT_DESKTOP|
JOB_OBJECT_UILIMIT_SYSTEMPARAMETERS|
JOB_OBJECT_UILIMIT_DISPLAYSETTINGS|
JOB_OBJECT_UILIMIT_EXITWINDOWS|
JOB_OBJECT_UILIMIT_GLOBALATOMS|
JOB_OBJECT_UILIMIT_HANDLES|
JOB_OBJECT_UILIMIT_READCLIPBOARD;
m_job.setInformation(
JobObjectBasicUIRestrictions,
&subProcessLimitUi,
sizeof(subProcessLimitUi));
//将作业关联到完成端口，以确定其运行情况，及退出的原因
int id = generateID();
m_ioCPHandle = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, id, 0);
JOBOBJECT_ASSOCIATE_COMPLETION_PORT jobCP;
ZeroMemory(&jobCP, sizeof(jobCP));
jobCP.CompletionKey = (PVOID)id;
jobCP.CompletionPort = m_ioCPHandle;
m_job.setInformation(
JobObjectAssociateCompletionPortInformation,
&jobCP,
sizeof(jobCP));
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//创建子进程
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
TCHAR cmd_[BUFSIZE];
lstrcpy(cmd_, cmd.c_str());
m_hInput = createInputFile();
m_hOutput = createOutputFile();
/*CreateProcess的第一个参数
将标准输出和错误输出定向到我们建立的m_hOutput上
将标准输入定向到我们建立的m_hInput上
设置子进程接受StdIn以及StdOut的重定向
*/
STARTUPINFO StartupInfo;
ZeroMemory(&StartupInfo, sizeof(StartupInfo));
StartupInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO);
StartupInfo.hStdOutput = m_hOutput;
StartupInfo.hStdError = m_hOutput;
StartupInfo.hStdInput = m_hInput;
StartupInfo.dwFlags = STARTF_USESTDHANDLES;
PROCESS_INFORMATION ProcessInfo;
ZeroMemory(&ProcessInfo, sizeof(ProcessInfo));
if(!createProcess(cmd_, TRUE, CREATE_SUSPENDED | CREATE_BREAKAWAY_FROM_JOB,
StartupInfo, ProcessInfo))
{
return false;
}
m_hProcess = ProcessInfo.hProcess;
m_hThread = ProcessInfo.hThread;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//将子进程与job关联
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
if (start_)
{
start();
}
return true;
}
bool ZProcessJob::start()
{
OutputMsgA("start run.");
if(!m_job.assinProcess(m_hProcess))
{
OutputMsg(_T("应用进程到job失败!%d"), GetLastError());
return false;
}
//启动子进程
ResumeThread(m_hThread);
//关闭标准输入文件和零时输出文件的句柄
SAFE_CLOSE_HANDLE(m_hInput);
SAFE_CLOSE_HANDLE(m_hOutput);
//关闭主进程主线程句柄
SAFE_CLOSE_HANDLE(m_hThread);
//等待进程子进程处理完毕或耗尽资源退出
DWORD ExecuteResult = -1;
unsigned long completeKey;
LPOVERLAPPED processInfo;
bool done = false;
while(!done)
{
GetQueuedCompletionStatus(
m_ioCPHandle,
&ExecuteResult,
&completeKey,
&processInfo,
INFINITE);
switch (ExecuteResult)
{
case JOB_OBJECT_MSG_NEW_PROCESS:
{
OutputMsg(TEXT("New process (Id=%d) in Job"), processInfo);
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_END_OF_JOB_TIME:
{
OutputMsg(TEXT("Job time limit reached"));
m_exitCode = 1;
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_END_OF_PROCESS_TIME:
{
OutputMsg(TEXT("Job process (Id=%d) time limit reached"), processInfo);
m_exitCode = 1;
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_PROCESS_MEMORY_LIMIT:
{
OutputMsg(TEXT("Process (Id=%d) exceeded memory limit"), processInfo);
m_exitCode = 2;
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_JOB_MEMORY_LIMIT:
{
OutputMsg(TEXT("Process (Id=%d) exceeded job memory limit"), processInfo);
m_exitCode = 2;
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_ACTIVE_PROCESS_LIMIT:
{
OutputMsg(TEXT("Too many active processes in job"));
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_ACTIVE_PROCESS_ZERO:
{
OutputMsg(TEXT("Job contains no active processes"));
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_EXIT_PROCESS:
{
OutputMsg(TEXT("Process (Id=%d) terminated"), processInfo);
done = true;
}
break;
case JOB_OBJECT_MSG_ABNORMAL_EXIT_PROCESS:
{
OutputMsg(TEXT("Process (Id=%d) terminated abnormally"), processInfo);
m_exitCode = 3;
done = true;
}
break;
default:
OutputMsg(TEXT("Unknown notification: %d"), ExecuteResult);
m_exitCode = 99;
break;
}
}
JOBOBJECT_BASIC_AND_IO_ACCOUNTING_INFORMATION jobai;
ZeroMemory(&jobai, sizeof(jobai));
QueryInformationJobObject(m_job.handle(), JobObjectBasicAndIoAccountingInformation,
&jobai, sizeof(jobai), NULL);
JOBOBJECT_EXTENDED_LIMIT_INFORMATION joeli;
ZeroMemory(&joeli, sizeof(joeli));
QueryInformationJobObject(m_job.handle(), JobObjectExtendedLimitInformation,
&joeli, sizeof(joeli), NULL);
m_runTime = jobai.BasicInfo.TotalUserTime.LowPart/10000;
m_runMemory = joeli.PeakProcessMemoryUsed/1024;
//关闭进程句柄
SAFE_CLOSE_HANDLE(m_hProcess);
//关闭完成端口
SAFE_CLOSE_HANDLE(m_ioCPHandle);
//为了安全，杀死作业内所有进程
while(!m_job.terminate(0))
{
OutputMsg(_T("停止job失败!%d"), GetLastError());
Sleep(1000);
}
//关闭作业句柄
m_job.close();
OutputMsgA("end run.");
return true;
}