C++项目 -- 负载均衡OJ（一）compile_server

C++项目 – 负载均衡OJ（二）compile_server

文章目录

  • C++项目 -- 负载均衡OJ（二）compile_server
  • 一、compile_server设计
    • 1.总体服务流程
  • 二、compiler.hpp
  • 三、runner.hpp
  • 四、compile_run.hpp
  • 五、compile_server.cc
    • 5.1.编译功能调试：
    • 5.2.CompileAndRun功能调试
    • 5.3.熟悉cpp-httplib库
    • 5.4.将CompileAndRun服务打包成一个网络服务
    • 5.5.使用Postman测试网络请求服务

一、compile_server设计

1.总体服务流程

在这里插入图片描述

  • 远端代码提交上来后，形成一份临时文件用于编译；
  • fork出一个子进程，让子进程执行编译（使用程序替换的功能调用g++进行编译），如果编译通过，标准输出没有结果；如果编译出错，需要行程临时文件来保存出错的结果，方便返回给客户端；
  • 主进程继续接收代码；

二、compiler.hpp

  • 该hpp文件主要提供编译文件的方法；
  • Compiler中的Compile函数用于将源cpp文件进行编译，源文件保存在现在目录下的temp子目录，如1234.cpp，我们需要根据源文件生成可执行文件.exe，当编译错误时需要生成标准错误文件.stderr；
    在这里插入图片描述
    • Compile函数使用util.hpp中PathUtil类中的方法来获取源文件对应的可执行文件名和标准错误文件名；
    • Compile函数创建子进程，在子进程中使用程序替换接口execlp，调用g++对文件进行编译，并将错误信息重定向到临时的错误信息文件.stderr中；
    • execlp第一个参数是替换调用哪个程序，后面的参数才是如何调用；
    • 程序替换并不会影响进程的文件描述符，因此重定向stderr针对子进程替换运行的程序依然生效；
    • 在编译之前，需要将标准错误文件重定向到我们定义的临时错误文件中保存下来；
    • 父进程用来判断最后是否编译成功，使用comm模块中的IsFileExists函数来进行判断；
#pragma once

#include "../Comm/util.hpp"

namespace ns_compiler
{
    using namespace ns_util;
    class Compiler
    {
        // 该类只提供方法
    public:
        Compiler()
        {
        }
        ~Compiler()
        {
        }

        static bool Compile(const string &file_name)
        {
            pid_t pid = fork();
            if (pid < 0)
            {
                return false;
            }
            else if (pid == 0)
            {
                // 子进程，负责调用g++编译器进行编译
                // 在编译之前，需要打开保存错误信息的临时文件，并将stderr重定向到该文件
                int _stderr = open(PathUtil::Stderr(file_name).c_str(), O_CREAT | O_WRONLY, 0644);
                if(_stderr < 0)
                {
                    exit(0);
                }
                //重定向标准错误到_stderr
                dup2(_stderr, 2);

                //调用g++完成编译工作
                //g++ -o target src -std=c++11
                //最后一个参数后面一定要跟一个nullptr
                execlp("g++", "-o", PathUtil::Exe(file_name).c_str(),\
                    PathUtil::Src(file_name).c_str(), "-std=c++11", nullptr);
                //程序替换失败
                exit(2);
            }
            else
            {
                // 父进程
                waitpid(pid, nullptr, 0);
                //编译是否成功，看对应的文件夹下有没有生成对应的可执行程序
                if(FileUtil::IsFileExists(PathUtil::Exe(file_name)))
                {
                    return true;
                }
                return false;
            }
        }
    };
}

三、runner.hpp

  • runner.hpp文件主要用于编译成功的用户代码的运行功能的编写；
  • Run函数用于运行编译成功的用户代码生成的可执行程序；
    • 输入参数指明文件名即可，不需要带后缀和路径；输入参数还需要指定子进程的资源占用限制，方便出题者来指定该题的限制；
    • 返回值用于标定该程序的运行情况：
      返回值>0：程序异常，退出时收到了信号，返回值就是对应的信号编号；
      返回值==0：正常运行完毕的，结果保存到了对应的临时文件中；
      返回值<0，内部错误；
    • 该函数无需判断用户的可执行程序的运行结果正确与否，只需考虑是否正确运行完毕；
    • 在程序运行期间，我们需要将标准输入、标准输出、标准错误三个文件全部打开并重定向，以便读取输入数据、保存运行结果和运行时的错误信息；
    • 文件打开后，文件描述符是可以被子进程继承下去的；
    • 由于我们替换的程序是在tmp文件夹里面的，因此在选择程序替换接口的时候，我们不能选择不带路径的接口（直接去环境变量列表里面查询），需要选择指定路径的接口
      在这里插入图片描述
    • 我们需要限制子进程运行用户程序所占用的系统资源，避免系统资源的过度占用，可以通过SetProcLimit接口设置；
    • 最后通过信号判断程序运行是否异常，如果没有异常，子进程的状态信息status返回0，如果有异常，一定返回大于0的值；
  • SetProcLimit函数用于设置进程占用的资源大小
    • 输入参数用来指定cpu运行时间和内存空间的占用限制，内存空间使用KB为单位；
    • 使用sertlimit接口来对进程的资源进行限制：
      在这里插入图片描述
    • resource是限制资源的类型：
      在这里插入图片描述
    • rlim是一个结构体，软限制为一般进程设置的限制，硬限制为我们所能设置的最大资源的上限值，一般设为无限制；
      在这里插入图片描述

四、compile_run.hpp

  • 该文件主要实现的功能是：
    • 适配用户需求，定制通信协议；
    • 正确调用compile and run；
    • 形成唯一文件名；
  • CompileAndRun类中的Start函数主要完成的功能有：
    • 接受客户端传来的序列化的字符串，并完成反序列化；
      在这里插入图片描述
    • 序列化工具使用jsoncpp库中的接口，
      在这里插入图片描述
      编译时需要链接库：
      在这里插入图片描述
      形成的是序列化的kv值的字符串：
      在这里插入图片描述
      json的作用：将结构化的数据转化成为一个字符串；
    • 在完成反序列化后，调用FileUtil类中的UniqueFileName方法生成唯一的代码源文件，然后调用WriteFile将代码写入该文件中；
    • reader.parse接口用于完成反序列化；asString是将json中的v作为字符串；
    • 形成用户代码源文件后，对其进行编译和运行操作，返回运行的信息；
    • 使用goto语句进行统一的差错处理，一旦上面的创建源文件、编译、运行出错，先赋值错误代码给status_code，然后goto到END处进行错误代码解析，并通过jsoncpp工具完成序列化；
    • goto语句之间不允许有任何的变量定义；
    • 最后删除临时文件；
  • CodeToDesc函数主要完成返回错误代码对应的错误原因功能：
    在这里插入图片描述
    • RemoveTempFile函数主要完成清理临时文件的功能：
      使用unlink接口删除文件
      在这里插入图片描述

五、compile_server.cc

5.1.编译功能调试：

#include "compiler.hpp"

using namespace ns_compiler;

int main() 
{
    std::string file = "code";
    Compiler::Compile(file);

    return 0;
}

在现路径temp文件夹下创建code.cpp文件，测试编译功能：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
编译运行compile_server.cc：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
生成.exe和.stderr文件，此时.stderr文件是没有内容的；

  • 如果code.cpp中有错误：
    日志报错：
    在这里插入图片描述
    只会生成.stderr文件，里面保存报错信息：
    在这里插入图片描述

5.2.CompileAndRun功能调试

  • R"()"是c++11的raw string原生字符串，如果出现特殊字符，保持原貌
#include "compile_run.hpp"

using namespace ns_compiler;
using namespace ns_runner;
using namespace ns_compile_and_run;

int main() 
{
    //充当客户端请求的json串
    string in_json;
    Json::Value in_value;
    //c++11原生字符串：R"()"
    in_value["code"] = R"(#include<iostream>
    int main()
    {
        std::cout << "hello world" << std::endl;
        return 0;
    })";
    in_value["input"] = "";
    in_value["cpu_limit"] = 1;
    in_value["mem_limit"] = 10240 * 3;
    Json::FastWriter writer;
    in_json = writer.write(in_value);

    cout << in_json << endl;

    string out_json;
    CompileAndRun::Start(in_json, out_json);
    cout << out_json << endl;

    return 0;
}
  • 编译并运行成功；
    在这里插入图片描述成功在路径下生成文件名；
    在这里插入图片描述
  • 编译失败，得到失败原因
    在这里插入图片描述
  • CPU运行超时：
    在这里插入图片描述
  • 超出内存限制：
    在这里插入图片描述
  • 除0错误：
    在这里插入图片描述

5.3.熟悉cpp-httplib库

  • 接入cpp-httplib只需将httplib.h拷贝至项目中并包含，就可以使用；
  • cpp-httplib需使用高版本的gcc进行编译，最好在gcc 7以上；
  • cpp-httplib是阻塞式多线程的一个网络http库；
  • erver类中Get函数是接受请求并响应，第一个参数是根目录下的服务名称，第二个参数是响应的回调函数，用户访问更目录下的响应服务，服务器就会调用回调函数并返回响应；
  • Request是请求类，Responce是响应类；
  • content-type中text/explain是文本
  • 当用户请求hello服务时，就响应相应的文本
#include "compile_run.hpp"
#include "../Comm/httplib.h"

using namespace ns_compiler;
using namespace ns_runner;
using namespace ns_compile_and_run;
using namespace httplib;

int main() 
{
    Server svr;
    //用户如果请求根目录下的hello服务，服务器就会调用回调函数并返回响应
    svr.Get("/hello", [](const Request &req, Response &resp){
        //content-type中text/plain表示文本格式
        //编码格式设置为为utf-8
        resp.set_content("hello httplib!", "text/plain;charset=utf-8");
    });

    svr.listen("0.0.0.0", 8080);
    return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 设置根目录与首页：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

5.4.将CompileAndRun服务打包成一个网络服务

  • 用户使用Post进行请求CompileAndRun服务；
  • 用户的请求存在Request中的body；
  • 服务器给用户的响应是json格式的，因此content-type要设置成applocation/json；
  • 从命令行参数获取端口号；
#include "compile_run.hpp"
#include "../Comm/httplib.h"

using namespace ns_compiler;
using namespace ns_runner;
using namespace ns_compile_and_run;
using namespace httplib;

void Usage(const string proc)
{
    std::cerr << "Usage: " << "\n\t" << proc << "port" << endl;
}

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    if(argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        return 1;
    }
    Server svr;

    svr.Post("/compile_and_run", [](const Request &req, Response &resp){
        //用户请求的服务正文是我们想要的json string
        string in_json = req.body;
        string out_json;
        if(!in_json.empty())
        {
            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]));
    
    return 0;
}
    return 0;
}

5.5.使用Postman测试网络请求服务

  • 设置Postman的请求为POST，请求的Body中内容为Row的Json格式，内容如下：
    在这里插入图片描述
  • 然后运行CompileServer服务，并建立向云服务器的8080号端口的请求：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • Postman端收到了服务端返回的Json串，表明服务运行成功；

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