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代码评测机

时间:2019-05-06 01:45:51      阅读:36      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:con   imu   lrm   fault   tac   struct   count   正常的   情况   

评测机

思路

通过父进程启动一个子进程,子进程运行用户提交的代码。通过父进程监控子进程使用的内存,时间等计算机资源,最后对子进程生成的答案与正确答案进行比对。

第一步:生成一个进程

函数fork
一个现有的进程可以调用fork函数创建一个新进程。

#include<unistd.h>
pid_t fork(void);

子进程和父进程继续执行fork调用之后的指令。子进程是父进程的副本。子进程获得父进程数据空间、堆、栈的副本,父子进程并不共享。父子进程共享正文段。

例子:

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        // 提供类型 pid_t 的定义
#include <sys/wait.h>
#include <sys/resource.h>

int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid < 0) {
        std::cout << "error" << std::endl;
        exit(0);
    } else if(pid == 0) {
        std::cout << "in child: now id = " << getpid() << std::endl;  //子进程id
        std::cout << "in child: father id = " << getppid() << std::endl; //父进程id
    } else if(pid > 0) {
        std::cout << "in father: child id = " << pid << std::endl;    //子进程id
        std::cout << "in father: now id = " << getpid() << std::endl; //父进程id
    }
    return 0;
}

第二歩:执行用户的代码

当我们调用fork函数后,生成的子进程执行的代码与父进程一样这不是我们想要的。
这时我们可以调用exec函数,该进程执行的程序完全替换为新程序,而新程序从其main函数开始执行。替换了当前进程的正文段、数据段、堆段和栈段。

exec
int execl(const char *pathname,const char *agr0,.../*(char*)0*/);
int execv(const char *pathname,char *cosnt agrv[]
int execle(const char *pathname,const char *agr0,.../*(char*)0,char *const envp[]*/);
int execve(const char *pathname,char *const agrv[],char *const envp[])
int execlp(const char *filename,const char *arg0,.../*(char*)0*/);
int execvp(const char *filename,char* const agrv[]
int fexecve(int fd,char *const agrv[],char *const envp[]

详见《UNIX环境高级编程》第八章第十节

#include <bits/stdc++.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/resource.h>

//bash为相对路径
void start_bash(std::string bash) {
    char *c_bash = new char[bash.length() + 1];     
    strcpy(c_bash, bash.c_str());
    char* const child_args[] = { c_bash, NULL };
    execv(child_args[0], child_args);    //调用exec        
    delete []c_bash;
}

int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid < 0) {
        std::cout << "error" << std::endl;
        exit(0);
    } else if(pid == 0) {
        std::cout << "in child" << getppid() << std::endl;
    start_bash(std::string("test2"));
    } else if(pid > 0) {
        std::cout << "in father" << getpid() << std::endl;
    }
    return 0;
}

第三部:限制子进程的资源使用

获得子进程运行时间

获取当前系统时间:std::chrono::system_clock::now();
返回的类型std::chrono::system_clock::time_point

得到运行时间的代码
using namespace std::chrono;
system_clock::time_point begin_time,end_time;

begin_time = system_clock::now();  //获取运行前时间

std::cout << "start"<<std::endl;

for (int i=0; i<100000000; ++i)
    int num =i;
std::cout << "end"<<std::endl;

end_time = system_clock::now();     //获取运行后时间

duration<double> time_span = duration_cast<duration<double>>(end_time - begin_time);

std::cout << "run time = " << time_span.count() << " seconds."<< std::endl;

用户所提交的代码有可能会需要非常长的时间甚至根本就是死循环。当用户的程序超出所规定时间的时候应该主动关闭进程。

下面介绍两个函数getrlimit/setrlimit

#include<sys/resource.h>
int getrlimit(int resource,struct rlimit *rlptr)
int setrlimit(int resource,const struct rlimit *rlptr)
struct rlimit{
    rlim_t rlim_cur;  //软限值
    rlim_t rlim_max;  //硬限值
}

在更改资源限制时,须遵循下列 3 条规则。
(1)任何一个进程都可将一个软限制值更改为小于或等于其硬限制值。
(2)任何一个进程都可降低其硬限制值,但必须不小于其软限制值。这种降低对普通用户而言是不可逆的。
(3)只有超级用户进程可以提高硬限制值。
详见《UNIX环境高级编程》第七章第十一节

在子进程中加入以下测试的代码:

rlimit limit;
limit.rlim_cur = limit.rlim_max = 1; //设置资源限制参数
setrlimit(RLIMIT_CPU , &limit);      //设置资源限制
int i = 0;
while(1) {
    i++;
}

可以观察到程序在运行大约1s后被终止,但是父进程如何知道?
当一个进程正常或异常终止时,内核就向其父进程发送SIGCHLD信号。父进程可以选择忽略它,或者调用信号处理函数处理。

pid_t wait3(int *status,int options,struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid,int *status,int options,struct rusage *rusage);

wait3() 和 wait4() 函数除了可以获得子进程状态信息外,还可以获得子进程的资源使用信息,这些信息是通过参数 rusage 得到的。而 wait3() 与 wait4() 之间的区别是,wait3() 等待所有进程,而 wait4() 可以根据 pid 的值选择要等待的子进程,参数 pid 的意义与 waitpid() 函数的一样。

struct rusage的定义

struct rusage {
    struct timeval ru_utime; // user time used 
    struct timeval ru_stime; // system time used 
    long ru_maxrss; // maximum resident set size 
    long ru_ixrss; // integral shared memory size
    long ru_idrss; // integral unshared data size 
    long ru_isrss; // integral unshared stack size 
    long ru_minflt; // page reclaims 
    long ru_majflt; // page faults 
    long ru_nswap;// swaps
    long ru_inblock; // block input operations 
    long ru_oublock; // block output operations 
    long ru_msgsnd; // messages sent 
    long ru_msgrcv; //messages received 
    long ru_nsignals; // signals received 
    long ru_nvcsw; // voluntary context switches 
    long ru_nivcsw; // involuntary context switches 
};

通过wait4()得到结构体rusage可以获得子进程运行的信息

获得子进程运行时间
auto use_time = use.ru_utime.tv_sec*1000+use.ru_utime.tv_usec/1000 + use.ru_stime.tv_sec*1000+use.ru_stime.tv_usec/1000;

获得进程最大使用内存

liunx关于文件描述的文件存在 /proc/进程号/status的文件内,通过不停读取文件内VmPeak: 内存使用量 的信息可以得到该进程的实时内存使用量,此外依旧通过setrlimit()来限制内存使用量。

static long get_proc_mem(unsigned int pid){

    char file_name[64]={0};
    FILE *fd;
    char line_buff[512]={0};
    sprintf(file_name,"/proc/%d/status",pid);
    //std::cout<<file_name<<std::endl;
    fd =fopen(file_name,"r");
    if(nullptr == fd){
        return 0;
    }

    char name[64];
    long long vmrss = 0;
    for (int i=0; i<17-1;i++){
        fgets(line_buff,sizeof(line_buff),fd);
    }

    fgets(line_buff,sizeof(line_buff),fd);
    sscanf(line_buff,"%s %d",name,&vmrss);
    fclose(fd);
    return vmrss;
}

获取子进程结束的状态

用户的进程可能不会正常的结束。

当我们调用的wait4(pid_t pid,int *status,int options,struct rusage *rusage)函数,其中第二个参数status是代表进程结束的状态。当子进程结束后会向父进程发送信号

序号 信号 作用
1 SIGHUP 本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。
2 SIGINT 程序终止(interrupt)信号,在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出,用于通知前台进程组终止进程。
3 SIGQUIT 和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-/)来控制.进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。
4 SIGILL 执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段.堆栈溢出时也有可能产生这个信号。
5 SIGTRAP 由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用。
6 SIGABRT 调用abort函数生成的信号。
7 SIGBUS 非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错。比如访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数。它与SIGSEGV的区别在于后者是由于对合法存储地址的非法访问触发的(如访问不属于自己存储空间或只读存储空间)。
8 SIGFPE 在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误,还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误。
9 SIGKILL 用来立即结束程序的运行.本信号不能被阻塞、处理和忽略。如果管理员发现某个进程终止不了,可尝试发送这个信号。
10 SIGUSR1 留给用户使用
11 SIGSEGV 试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据.
12 SIGUSR2 留给用户使用
13 SIGPIPE 管道破裂。这个信号通常在进程间通信产生,比如采用FIFO(管道)通信的两个进程,读管道没打开或者意外终止就往管道写,写进程会收到SIGPIPE信号。此外用Socket通信的两个进程,写进程在写Socket的时候,读进程已经终止。
14 SIGALRM 时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号.
15 SIGTERM 程序结束(terminate)信号,与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出,shell命令kill缺省产生这个信号。如果进程终止不了,我们才会尝试SIGKILL。
16 SIGCHLD 子进程结束时, 父进程会收到这个信号。如果父进程没有处理这个信号,也没有等待(wait)子进程,子进程虽然终止,但是还会在内核进程表中占有表项,这时的子进程称为僵尸进程。这种情况我们应该避免(父进程或者忽略S
18 SIGCONT 让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞.可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符
19 SIGSTOP 停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略.
20 SIGTSTP 停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略.用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号
21 SIGTTIN 当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号.缺省时这些进程会停止执行.
22 SIGTTOU 类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到.
23 SIGURG 有"紧急"数据或out-of-band数据到达socket时产生.
24 SIGXCPU 超过CPU时间资源限制. 这个限制可以由getrlimit/setrlimit来读取/改变。
25 SIGXFSZ 当进程企图扩大文件以至于超过文件大小资源限制。
26 SIGVTALRM 虚拟时钟信号. 类似于SIGALRM, 但是计算的是该进程占用的CPU时间.
27 SIGPROF 类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间.
28 SIGWINCH 窗口大小改变时发出.
29 SIGIO 文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.
30 SIGPWR Power failure
31 SIGSYS 非法的系统调用。

下面是我用来判断各种状态的代码

if(WIFSIGNALED(status)){

    printf("child killed by %d\nstatus = %d\n", WTERMSIG(status),status);
    switch (WTERMSIG(status)){
        case SIGXCPU:
        case SIGKILL:                 //超出时间限制
            std::cout<<"TLE"<<std::endl;
            result.result = JudgeResult ::TLE;
            break;
        case SIGXFSZ:                 //输出超出限制
            std::cout<<"OLE"<<std::endl;
            result.result = JudgeResult ::OLE;
            break;
        case SIGSEGV:                 //全局数组超过限制
        case SIGABRT:                 //申请堆内存失败
            result.result = JudgeResult ::MLE;
            std::cout<<"MLE"<<std::endl;
        break;
        default:{                     //运行错误
            result.result = JudgeResult ::RE;
            std::cout<<"RE"<<std::endl;
        }
    }
}

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原文:https://www.cnblogs.com/xcantaloupe/p/10798565.html

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