简析 Online Judge 原理

haha视界 2022-08-04

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0. 目录

1.场景
2. 原理分析
3. 代码简析

1. 场景

常见的在线判题大概流程如图：

①：选择语言，编写代码
②：提交代码判题
③：返回判题结果

后台通过多个维度进行判断：

编译通过与否
测试用例通过情况
cpu耗时
内存消耗

2. 原理分析

如上图，

用户提交代码后，后端服务器进行任务调度，选择空闲的判题服务器，发送编译请求。
判题服务器首先根据选择的语言，把提交的代码嵌入代码模板，进行编译，编译文件放入exe_dir可执行文件目录返回编译结果。
后端服务器根据编译结果判断是否进行运行请求。
判题服务器收到运行请求后，启动Judger(父)进程。
Judger进程fork子进程后，启动超时监听线程，超时杀死子进程，并wait子进程退出状态。
子进程根据题目要求，配置cpu、memory等资源限制。
子进程进行测试用例验证，完成后退出。
父进程统计子进程实际运行时间，退出状态、cpu耗时、内存消耗等，返回给后端服务器。
后端服务器获取结果后存入数据库，并返回给客户端呈现结果。
通过seccomp限制恶意代码。

seccomp是Linux内核中的计算机安全性工具。seccomp允许进程单向转换到“安全”状态，在该状态下，除了exit，sigreturn，读取和写入已打开的文件描述符之外，该进程无法进行任何系统调用。如果尝试任何其他系统调用，内核将仅记录事件或使用SIGKILL或SIGSYS终止进程。

3. 代码简析

1. 启动父进程

void run(struct config *_config, struct result *_result) {
 
    // record current time
    struct timeval start, end;
    gettimeofday(&start, NULL);


    pid_t child_pid = fork();


    if (child_pid == 0) {
        child_process(log_fp, _config);
    }
    else if (child_pid > 0){
        // create new thread to monitor process running time
        pthread_t tid = 0;
        if (_config->max_real_time != UNLIMITED) {
            struct timeout_killer_args killer_args;


            killer_args.timeout = _config->max_real_time;
            killer_args.pid = child_pid;
            if (pthread_create(&tid, NULL, timeout_killer, (void *) (&killer_args)) != 0) {
                kill_pid(child_pid);
                ERROR_EXIT(PTHREAD_FAILED);
            }
        }


        int status;
        struct rusage resource_usage;


        // wait for child process to terminate
        // on success, returns the process ID of the child whose state has changed;
        // On error, -1 is returned.
        if (wait4(child_pid, &status, WSTOPPED, &resource_usage) == -1) {
            kill_pid(child_pid);
            ERROR_EXIT(WAIT_FAILED);
        }


        // 真实运行时间
        gettimeofday(&end, NULL);
        _result->real_time = (int) (end.tv_sec * 1000 + end.tv_usec  1000 - start.tv_sec * 1000 - start.tv_usec  1000);


        // 子进程退出，killer线程也退出
        if (_config->max_real_time != UNLIMITED) {
            if (pthread_cancel(tid) != 0) {
                // todo logging
            };
        }
        {
            // 获得:子进程退出原因，cpu耗时、内存使用
            _result->exit_code = WEXITSTATUS(status);
            _result->cpu_time = (int) (resource_usage.ru_utime.tv_sec * 1000 +
                                       resource_usage.ru_utime.tv_usec  1000);
            _result->memory = resource_usage.ru_maxrss * 1024;
        }
    }
}

2. 超时看门狗

void *timeout_killer(void *timeout_killer_args) {
    pid_t pid = ((struct timeout_killer_args *)timeout_killer_args)->pid;
    int timeout = ((struct timeout_killer_args *)timeout_killer_args)->timeout;


    // 超时看门狗
    if (sleep((unsigned int)((timeout + 1000)  1000)) != 0) {
        kill_pid(pid);
        return NULL;
    }
    if (kill_pid(pid) != 0) {
        return NULL;
    }
    return NULL;
}

3. 子进程

void child_process(FILE *log_fp, struct config *_config) 
{
    FILE *input_file = NULL, *output_file = NULL, *error_file = NULL;


    setrlimit(RLIMIT_STACK, &max_stack);


    setrlimit(RLIMIT_AS, &max_memory);


    setrlimit(RLIMIT_CPU, &max_cpu_time);


    setrlimit(RLIMIT_NPROC, &max_process_number);
    setrlimit(RLIMIT_FSIZE, &max_output_size);
    // redirect file -> stdin
    dup2(fileno(input_file), fileno(stdin);




    // redirect stdout -> file
    dup2(fileno(output_file), fileno(stdout);




    // redirect stderr -> file
    dup2(fileno(error_file), fileno(stderr);




    // set gid
    _config->gid != -1 && (setgid(_config->gid) == -1 || setgroups(sizeof(group_list) / sizeof(gid_t), group_list) == -1);


    // set uid
    _config->uid != -1 && setuid(_config->uid);


    //执行代码测试子进程
    execve(_config->exe_path, _config->args, _config->env);
}

config pid

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