（计算机系统结构专业论文）基于windows网络环境的linux上机考试系统的研究与实现.pdf

1 分类号 u d c 密级 1 9 3 1 1 0 3 学位论文 基于w i n d o w s 网络环境的l i n u x 上机考试系统的 研究与实现 作者姓名： 指导教师： 申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期： 评阅人 ： 吉书朋 徐心和教授 东北大学信息科学与工程学院 硕士学科类别：专业学位 计算机系统结构 2 0 0 7 年7 月8 日论文答辩日期：2 0 0 7 年8 月2 6 日 2 0 0 7 年月 日答辩委员会主席：申德荣 马宗民崔丽光 东北大学 2 0 0 7 年7 月 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 二 思。 学位论文作者签名：吉书朋 日期：2 0 0 7 年7 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字目期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 基于w i n d o w s 网络环境的l i n u x 上机考试系统的研究与实 摘要 当前，基于w i n d o w s 环境的考试系统种类繁多，而且功能全面完善，运行平稳可 靠。相对来说，在l i n u x 环境下实现l i n u x 上机操作考核的广为人知的考试系统不多， 但也并不很难实现。可是在实际工作中，需要在w i n d o w s 网络环境下实现l i n u x 上机操 作考核。迄今为止，尚未检索到实现这种目标的考试系统。如何满足这种实际应用的迫 切要求，顺利实现这一目标，具有十分现实的意义。 采用虚拟硬件模式的x 8 6 虚拟机技术是实现这一目标的最佳方法。这种技术通过使 用虚拟化层，提供了硬件级的虚拟。虚拟机程序为g u e s to s ( 虚拟机操作系统) 映像提 供了虚拟的i n t e lx 8 6 兼容硬件，每个虚拟机都可以被独立地封装到一个文件中。经过 对比和分析，决定使用在w i n d o w s 系统运行的v i r t u a lp c 虚拟机程序柬实现这一目标。 在v i n u a lp c 中，建立并运行l i n u x 虚拟机实现考试系统。实现宿主机w i n d o w s 系统和 客户机l i n u x 系统( 虚拟机) 之间的网络共享功能是考试系统实现的关键技术，两种系 统必须进行正确的网络设置才能实现该功能。 l i n u x 上机操作考试系统划分为四个主要功能模块：登录控制模块、实现试题显示 和查看功能的运行模块、评分和收分模块、时间控制和数据保护模块。从s h e l ls c r i p t 和系统配置文件的视角，深入地剖析了“n u x 操作系统的启动过程，进而实现考试系统 的登录控制。登录控制模块是考试系统的主要组成模块之一，它是考试系统的入口，必 须实现随机抽题功能和登录控制功能，确保考试系统能够安全地运行。这罩的技术难点 是在虚拟l i n u x 系统启动过程中，如何实现与w i n d o w s 主机系统的数据共享功能。采用 的方法是修改e t c f s t a b 文件。评分和收分模块也是考试系统的主要组成模块之一，实现 数据处理和评分、收分等重要功能。这些功能主要通过s h e l l 脚本( s h e us c r i p t ) 编程实 现，还涉及到a w k 和p e r l 语言编程技术。在收分时，如何将l i n u x 系统中的考试结果正 确地传输到w i n d o w s 系统中，是考试系统中的难点和关键技术。经过分析和研究，通过 l i n u x 系统中s 锄b a 客户功能中的s m b 协议访问w i n d o w s 网络共享资源。丌发出来的 l i n u x 上机操作考试系统经过反复的改进和完善，通过了实际应用的考验，圆满完成了 开发任务，实现了预期的目标。 关键词：l i n u x 上机考试系统；v i n u a lp c 虚拟机；网络共享；s m b ；s h e l l s c r i p t ； 配置 r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no fl i n u x o p e r a t i o n a le x a m i n a t i o ns y s t e mb a s e do n w i nd o w sn e t w o r ke n v i r o n m e n t a bs t r a c t n o w a d a y s ，t h e r ea r ev a r i o u sk i n d so fe x a m i n a t i o ns y s t e m sb a s e do nw i n d o w sn e t w o r k e n v i r o i u l l e n t h a v i n gc o m p l e t ea n dp e r f e c t 如n c t i o n s ，t h e s ee x a m i n a t i o ns v s t e m sc a nr u ni n c o m p u t e r sr 护b l ya n ds t e a d i l y r e l a t i v e l ys p e a k i n g ，t h e r ea r en o tm a i l yl i n u xo p e r a t i o n a l e x 锄i n a t i o ns y s t e m sb a s e do nl i n u xe n v i r o n m e n tw h i c ha r ew e l l k n o w n i ns p i t eo ft h i s ，t h e g o a l i sn o td i m c u l tt 0i m p l e m e n t i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，l i n u xo p e r a t i o n a le x 锄i n a t i o n s y s t e mm u s tb eb a s e do nw i n d o w sn e t w o r ke n v i r o n m e n t s of a r ，t h ee x 锄i n a t i o ns v s t e m i m p l e m e n t i n gt h i sg o a lh a s n tb e e nf o u n d i th a sp r a c t i c a ls i g n m c a n c et os a t i s 母t h ed e m a n d a n di m p l e m e mt h i sg o a l t h ex 8 6v i r t u a lm a c h i n et e c h n o l o g y ，w h i c hu s e st h eh y p o t h e s i z e dh a r d w a r ep a t t e m ，i st h e b e s tm e t h o dt or e a l i z et h i sg o a l t h r o u g ht h eu s eo fv i r t u a l i z a t i o nl e v e l ，s u c ht e c h n o l o g vh a s p r o v i d e dt h eh a r d w a r el e v e lh y p o t h e s i z e d t h ev i n u a lm a c h i n ep r o g r a ms u p p l i e st h eg u e s t o p e r a t i n gs y s t e mw i t ht h eh y p o t h e s i z e di n t e lx 8 6c o m p a t i b l eh a r d w a r e e a c hv i r t u a lm a c h i n e m a yb ee n c a p s u l a t e di n d e p e n d e n t l yi n t oaf i l e a r e rt h ec o n t r a s ta n dt h ea n a l y s i s v i r c u a lp c m a c h i n ep r o g r 锄，w h i c hm ni nw i n d o w se n v i r o n m e n t ，i sd e c i d e dt ob eu s e dt oa c h i e v et k s g o a l t h ee x 锄i n a t i o ns y s t e mi si m p l e m e n t e db ye s t a b l i s h i n ga n dm n n i n gl i n u xv i r t u a l m a c h i n ei nv i r t u a lp c p r o g r a m t h e k e yt e c h n o l o g y i nt h ee x 锄i n a t i o n s y s t e m i m p l e m e n t a t i o ni st h en e t w o r ks h a r i n g 凡n c t i o nb e t w e e nt h eh o s tw i n d o w ss v s t e ma n dt h e g u e s t “n u xs y s t e m t h e 如n c t i o nc a l lo n l yb ec o m p l e t e dw h e nt h en e t 、v o r kc o n f i g u r a t i o ni s c o r r e c ti nt h et w os y s t e m s l i n u xo p e r a t i o n a le x 锄i n a t i o ns y s t e mc o n s i s t so ff o u rm a i n 向n c t i o nm o d u l e s t h e m o d u l e sa r el o g i nc o n t r o l l i n gm o d u l e ，m n n i n gm o d u l eu s e dt od i s p l a ya n dc h e c kq u e s t i o n s ， c o l l e c t i n ga n dg r a d i n gm o d u l ea n dt i m ec o n t r o l l i n ga n dd a t ap r o t e c t i n gm o d u l e t h eb o o t i n g p r o c e d u r eo fl i n u xi sa n a l y z e di nd e t a 订i n c l u d i n gs h e l ls c r i p t sa n ds y s t e mc o n f i g u r a t i o n6 l e s l o g i nc o n t r o l l i n gm o d u l eo ft h ee x 锄i n a t i o ns y s t e mi si m p l e m e n t e db a s i n go nt h ea n a l y s e s a so n eo ft h em a i nm o d u l e so ft h ee x 锄i n a t i o ns y s t e m ，l o g i nc o n t r o l l i n gm o d u l ei s t h e e n t r a i l c eo ft h ee x a m i n a t i o ns y s t e m t h em o d u l em u s th a v et h ef u n c t i o no fr a n d o m l v s e l e c t i n gq u e s t i o n sa n dl o g i nc o n t r o l l i n ge n s u r i n gt h ee x a m i n a t i o ns y s t e mt om ns a f e l y h o w t oi m p l e m e n tt h ed a t as h a r i n g 向n c t i o nw i t ht h ew i n d o w sh o s td u r i n gt h eb o o t i n gp r o c e d u r e o fl i n u xs y s t e mi st h em a i nd i f j e i c u l tp o i n ti nt h em o d u l e t h em e t h o do fs o l v i n gt h i sp r o b l e m i st om o d i 矽t h e e t c f s t a bf i l e a sa n o t h e ro n eo ft h em a i nm o d u l e s o ft h ee x 锄i n a t i o ns v s t e m c o l l e c t i n ga n dg r a d i n gm o d u l ei m p l e m e n t st h ei m p o r t a n tf u n c t i o n ss u c ha sd a t ap r o c e s s i n g ， i i i f 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o l l e c t i n ga n dg r a d i n g t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ei m p o r t a n tm n c t i o n sd e p e n d sm a i n l yo n s h e l ls c r i p t ，a n di n v o l v e sa w ka n d p e 订l a l l g u a g ep r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y h o w t ot r a n s f e rt h e e x a mr e s u h si nt h el i n u xs y s t e mc o r r e c t l yi n t ow i n d o w ss y s t e mi st h em a i nd i 伍c u l tp o i n t a n dk e yt e c l l n o l o g yi nt h ee x 锄s y s t e mi m p l e m e n t a t i o nd u r i n gc o l l e c t i n gs c o r e s t h r o u g h a n a l y s i sa n ds t u d y ，t h ec o n v e n i e n tm e t h o di st ou s es m bp r o t o c o l i nt h es 锄b a su s e r 如n c t i o n ( s m b m o u n t ) t oa c c e s sw i n d o w sr e s o u r c e s t h r o u 曲 c o n t i n u o u s i m p r o v e m e n t ， “n u x o p e r a t i o n a l e x a m i n a t i o ns y s t e mh a sa c h i e v e da p p l y i t l gi nt h ea c t u a l a p p l i c a t i o na i l d i m p l e m e n t e dm ep r o s p e c t i v eg o a l k e yw o r d s ：l i n u xo p e r a t i o n a le x a m i n a t i o ns y s t e m ， v i i r t u a lp c ，n e t w o r k s h a r i n g ，s m b ， s h e l ls c r i p t ， c o n f i g u r a t i o n 目录 1 1 2 考试系统的发展概况一一3 1 1 3 关键问题和技术难点一 1 2 系统需求分析一一一一 5 1 2 1 系统要达至0 的基本目标一一一一一一5 1 2 2 系统的安全性要求一 1 2 3 系统的可靠性和效率的综合平衡一一一7 1 2 4 系统的易用性的实现一一一一一一8 1 3 t 仑文结构一一一一一一一一8 第2 章系统的总体设计方案一一一一一一1 l 2 1 系匀! 云的功台皂描述一一一一一一1 l 2 1 1 实现登录控带0 一一一一1 l 2 1 2 实现试题的显示着口查看一一一一一1 1 2 1 3 实现评分和收分一一一一一 2 1 4 实现考试系统的时间控制和数据保护一 2 2 系统的总体结构一一一 2 2 1 考试系统的登录控制模块 2 2 2 考试系统的运行模块 1 2 一一一1 2 一1 2 2 2 3 考试系统的评分和收分模块一一一1 2 2 2 4 考试系统的时i 日j 控带0 矛口数据保护模块一1 3 2 3 系统的开发工具一一1 6 2 3 1 a w k 语言编程技术一一 2 3 2 p e r l 语言编程技术一一一 第3 章系统的详细设计一 v m 1 1 q 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 东北大学硕士学位论文目录 3 1 l i n u x 操作系统的启动过程一1 9 3 2 考试系统主要部分的实现一_ - _ 一一一2 8 3 2 1 考试系统的登录控铝0 一2 8 3 2 2 考试系统的运行一一一一一3 6 3 2 3 考试系统评分矛口收分的实现一一_ - 一一4 0 3 2 4 用p e r l 程序实现考试系统评分结果的处理一4 6 3 2 5 考试系统时阳j 控带0 和数据保护的实现一一4 8 第4 章 关键问题矛口难点的分析与对策一一5 1 4 1l i n u x 系统与w i n d o w s 系统的通信问题一一一5 1 4 1 1 早期的解决方法一一一一5 1 4 1 2 现在的解决方法一一一5 4 4 2l i n u x 系统启动过程中对w j n d o w s 系统的访问一一一5 4 4 2 1 早期的解决方法一一一5 4 4 2 2 现在的解决方法一一5 6 4 3 对二次登录问题的控南0 一一一5 6 4 4 使用s u d o 实现用户权限的控带0 一一一5 6 4 5 力口快l in u x 操作系统启动速度的探索一一一5 8 第5 章考试系统的安装、运行与调试一一一6 3 5 1 l i n u x 镜像文件的带4 作一一一一一6 3 5 1 1w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 的系统酉己置一6 3 5 1 2 虚拟机v i r t u a lp c 的安装与酉己置一一6 4 5 1 3 安装和酉己置r e dh a tl i n u x7 2 虚拟机一一6 5 5 1 4 网络通信功台邑的检查一一一6 6 5 2 安装中文系统一一一一6 6 5 2 1 l i n u x 系统对中文的支持一一一一一6 6 5 2 2 彰耳义z h c o n 一一一一一6 7 5 2 3 配置、编译、安装z h c o n _ _ _ 一一一6 7 5 3 安装考试系统一一一 一一6 7 5 4 考试系统的调试一一一6 8 5 4 1 登录的调试一一一一一一一一6 8 5 4 2 试题的抽取、显示、评分和收分的调试一6 8 6 。，】 1 目录 6 1 考试系统的开发总结一一一 6 2 考试系统的改进和完善 参考文献一一 致谢 一6 9 一6 9 一一一6 9 一6 9 7 0 7 0 7 0 一7 1 7 1 7 2 一一一一7 5 一一7 7 二一 气 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第l 章绪论 1 1 实现背景 今天，随着计算机技术和国际互联网络的飞速发展，社会的信息化进程已经推进到 了一个全新的阶段。l i n u x 是一种类u n i x 操作系统，自1 9 9 1 年1 0 月5 同诞生至今， 借助于i n t e m e t 网络，在世界各地计算机爱好者的共同努力下，l i n u x 操作系统己成为 当今世界上使用最多的一种类u n i x 操作系统，并且还在快速发展中。现在，l i n 畎在 很多方面已经赶上甚至超过了商用的u n i x 系统。它充分发挥了c p u 的功能，实现了 真正的多任务、多用户环境。在提供强大功能的同时，l i n u x 对硬件配置的要求却非常 低，而且新版的l i n u x 支持多种处理器芯片。“n u x 操作系统的诞生、发展和成长过程 始终依赖着以下五个重要支柱：u n i x 操作系统、m i n i x 操作系统、g n u 项目、p o s i x 标准和i n t e m e t 网络。下面简单介绍一下l i n u x 的发展历程。 u n i x 操作系统是美国贝尔实验室的k e n t h o m p s o n 和d e n n i sr i t c h i e 于1 9 6 9 年夏在 d e cp d p 7 小型计算机上开发的一个分时操作系统。当时使用的是汇编语言( b c p l ) ， 后经d e r m i sr i t c h i e 于1 9 7 2 年用移植性很强的c 语言进行了改写，使得u n i x 系统在大 专院校得到了推广。通过这次重新编写，u n i x 得以移植到更为强大的d e cp d p 1 l 4 5 与1 1 7 0 计算机上运行。u n i x 从实验室走出来并成为了操作系统的主流，现在几乎每个 主要的计算机厂商都有其自有版本的u n i x 。 m i n i x 系统是由a n d r e ws 1 、觚e n b a u m ( a s t ) 在1 9 8 7 年编制的类u n i x 操作系 统，主要用于操作系统原理的教学，目前主要有1 5 和2 o 两个版本在使用。为了专门 用于教学，他没有接纳全世界许多人对m i n i x 的扩展要求。由于a s t 编写的m i n i x 操作系统书中，对计算机操作系统原理的叙述非常详细、有条理，几乎全世界的计算机 爱好者都在看这本书以理解操作系统的工作原理，其中也包括l i n u x 系统的创始者l i n u s b e n e d i c tt b r v a l d s 。 l i n u x 的历史是和g n u 紧密联系在一起的。从19 8 3 年开始的g n u 计划致力于开发 一个自由并且完整的类u n i x 操作系统，包括软件开发工具和各种应用程序。到1 9 9 1 年l i n u x 内核发布的时候，g n u 已经几乎完成了除了系统内核之外的各种必备软件的 开发，其中包括有名的e m a c s 编辑系统、b a s hs h e u 程序、g c c 系列编译程序、g d b 调 试程序等等。这些软件为l i n u x 操作系统的开发创造了一个合适的环境，是“n u x 能够 诞生的基础之一。 1 9 9 1 年，“n u sb e n e d i c tt o r v a l d s 是赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 m i n i x 虽然很好，但只是一个用于教学的简单操作系统，而不是一个强有力的实用操 作系统。此时的g n u 计划已经开发出了许多工具软件，最受期盼的g n uc 编译器已 经出现，但免费的q 灯操作系统h u r d 一直在开发之中。l i n u s 从1 9 9 1 年4 月份起， 他开始酝酿并着手编制自己的操作系统。l i n u s 研究3 8 6 m 玳i x 系统，并且尝试着移植 g n u 的软件到该系统上( g n ug c c 、b a s h 、g d b 等) 。到了1 9 9 1 年的1 0 月5 日，l i n u s 在c o m p o s m i x 新闻组上发布了大约有一万行代码的l i n u xv 0 0 1 版本，正式向外宣 布l i n u x 内核系统的诞生。从0 9 5 版丌始，对内核的许多改进之处( 补丁程序) 以其 他人提供为主，而l i n u s 的主要任务是领导一个5 人组成的核心组负责对内核的维护和 管理，测试新版本内核，决定在发布的稳定版本中是否采用某个补丁程序。1 9 9 3 年，大 ) _ 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 l i n u x 的广泛使用为政府机构节省了不少经费，也降低了对封闭源码软件潜在的安全性 的忧虑。在网络领域，l i n u x 得到了广泛的应用。 1 1 1 特定的应用需求 由于l i n u x 操作系统的快速发展，目前已经在计算机网络等方面得到广泛应用，因 此引起了我国计算机教育界的高度重视，很多院校开始丌设l i n u x 系统有关课程。为了 推进l i n u x 系统的进一步发展，我校在近几年的计算机科学与技术专业的专升本的上机 考试中，在考试大纲中明确规定了v i s u a lf o x p r o 和l i n u x 上机操作考核的内容，l i n u x 占上机成绩的6 0 。为了完成上机操作考核的要求，我们丌发了专门的上机操作考试系 统，实现了在w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 网络环境中进行s u a lf o x p r o 和l i n u x 上机操 作考核，完成了一般上机考试系统的登录控制、自动出题、考试、自动评分和收分、时 间控制等基本功能，经过几年来的实际运行和不断改进，证明了系统的正确性、安全性 和可靠性。与一般的上机考试系统相比，明显的区别是要在w i n d o w s 环境中实现l i n u x 系统的上机操作考核，具有相当的技术难度。如何使考生方便地进入两种系统中，完成 上机操作考核，还要实现考试完成后的自动评分、收分，在几年f j 大多数人还不熟悉 l i n u x 系统的情况下，这是一个不小的挑战。我负责开发l i n u x 部分的上机考试系统， 与w i n d o w s2 0 0 0 环境下的v i s u a lf o x p r o 考试系统协作，共同完成专升本的上机考试系 统任务。 1 1 2 考试系统的发展概况 近年来，利用计算机实现考试系统已经逐步为大家所熟悉。多种多样的计算机考试 系统各有特色，有国家政府部门组织的几种大规模的上机考试，比如计算机等级考试等； 有企业和行业协会等机构组织的上机考试，如联想和华为等公司等组织的考试；还有国 外的专业考试机构在我国组织的上机考试，如美国s y l v a i lp r o m e t r i c ( 斯尔文公司) 组织 的m i c m s o r 认证、r e d h a t 认证等。s y l v a np r o m e t r i c 是一家专门从事计算机在线考试的 公司，委托s y l v a n 公司为其进行认证考试的公司( m i c r o s o r 、i b m 、h p 、i n t e l 、c i s c o 、 o r a c l e 、n o v e l l 、r e d h a t 等) 会将自己的考试题库放入s y l v a n 公司的系统中，再由 s y l 、，a n 公司的考试系统为注册考试的考生生成各自不同的考卷。s y l v a n 公司为每门考 试做了统一编号。常见的考试形式一般分为常规考试和自适应考试：常规考试题数量固 定，考生在答完考题后可以回翻、修改，但题数较多；自适应考试题数量根据考生答题 情况而定，考生每答完一题后，系统会自动判别答案对错，考生没有回翻、修改的机会， 题目数相对较少。考试按美国s y i ：、馅n 公司收费标准收费，价格不菲。这些考试系统 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 由于面向的对象不同、目标不同，因此有很大区别。但基本功能都是相同或相近的，比 如自动出题、自动评分、自动收分等。可以明显感觉到国外的专业考试系统功能强大、 贴近实用环境，整个系统完善，非常值得借鉴。但是，要在w i n d o w s 网络环境下实现 l i n u x 上机操作考核，迄今为止，尚未检索到实现这种目标的考试系统。我们的考试系 统是面向报考我校计算机专业的考生，属于高考招生的考试科目，对考试系统要求很高， 感到自身责任、压力很大。 1 1 3 关键问题和技术难点 由于我校的特定应用需求，系统功能的实现与一般的考试系统相比，具有下列的技 术难点： 1 1 3 1 在w i n d o w s 环境中实现l i n u ) ( 操作考核 针对这个问题，我们考虑过两个解决方案：一是在w i n d o w s 系统考试完成后转移 到l i n u x 系统中去。但该方案存在明显的不足之处：如果在同一台机器上安装两套系统， 可以满足双系统考试的基本要求。本来可以在一台计算机上实现w i n d o w s 和l i n u x 的双 系统启动，但由于我们机房的硬盘保护卡的限制而无法实现。即使没有这个限制，系统 的切换需要重新启动计算机，显然既不方便又不安全；在不同的计算机上安装w i n d o w s 和l i n u x 双系统进行考试，显然就更不方便了。第二个方案是采用虚拟机技术。既可以 在w i n d o w s 系统中安装虚拟机软件以实现虚拟的l i n u x 系统，也可以在l i n u x 系统中安 装虚拟机软件以实现虚拟的w i n d o w s 系统。由于绝大多数师生们更加熟悉w i n d o w s 系 统，所以采用了在w i n d o w s 系统中安装虚拟机软件以实现虚拟的l i n u x 系统。在w i n d o w s 系统中常用的虚拟机软件有v i r t u a lp c 和v m w a r e 。由于v i n u a lp c 使用起来简单，为了 方便考生，我们选择了v i r t u a lp c 。只要对考生进行必要的简短介绍，考生就能很快掌 握n u a lp c 的使用方法。 1 1 3 2l i n u x 系统与w i n d o w s 系统的通信问题 由于绝大多数师生们更加熟悉w i n d o w s 系统，再加上为了方便程序开发，我们确 定从w i n d o w s 系统启动考试系统。考生在完成w i n d o w s 系统下的操作考核后，进入虚 拟机的l i n u x 系统中进行操作。如何把考生的必要信息传递给w i n d o w s 系统是一个问题。 在考生进入l i n u x 系统时，系统要自动实现把w i n d o w s 中的考生考号、姓名、剩余时间 传递到l i n u x 系统。在v i r t 吼1p c 虚拟机中，h o s t 主机指运行v i r t u a lp c 的w i n d o w s 计 算机；g u e s t 客户机指虚拟机中运行的虚拟计算机，如运行“n u x 的计算机。因为r t u a l p c 虚拟机的d o s 系统和w i n d o w s 系统附加模块可以轻松实现h o s t 和g u e s t 系统间的 文件共享。而对l i n u x 系统，当时无法找到对应的附加模块，即使最近找到的附加模块 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 r t u a lm a c h i n ea d d i t i o n sf o rl i n u x 中，也不具有h o s t 和g u e s t 系统问的文件共享功能。 为此，考虑到通过网络功能实现l i n u x 系统和w i n d o w s 系统之间的通信。本来，通过网 络功能实现这两个系统问通信的方法有很多种，如n f s 、f t p 、s a m b a 等。但在考试系 统中，必须依靠考试系统自动实现，而不能要求用户( 考生或监考教师) 手工操作，这 就对考试系统提出较高要求。 1 1 3 3l i n u x 系统的安全性及其它问题 l i n u x 系统与w i n d o w s 系统不同，是多用户系统，具有非常完善的安全系统。r o o t 用户是系统的管理员，其权限最大，能够对系统执行任意操作。因此，为了保证系统避 免因r o o t 的误操作造成严重损失，通常情况下，要求以普通用户身份登录进入系统，在 必要时用s u 命令切换到r o o t 身份进行操作。因此，不同于w i n d o w s 考试系统，考生以 什么身份登录进入l i n u x 考试系统值得考虑。以r o o t 身份登录，对于绝大多数都不很熟 悉l i n u x 的考生来说是存在很大风险的，由于考生有意或无意的操作，可能会使系统中 的数据全部荡然无存，比如执行这个命令：肋研。这显然是不允许的。以普通用 户身份登录进入系统，这是比较安全的方法，但有的操作无法完成，考试系统必须考虑 到这一点，采取合适的应对措施。 还有一个问题是中文化问题。我们使用的是r e dh a tl i n u x7 2 系统，包括现在最新 的l i n u ) ( 系统，在xw i n d o w 中都很好地实现了中文的显示和输入、打印输出。但在s h e l l 命令行方式下，这些l i n u x 系统都无法直接支持中文，需要安装汉字系统来支持中文。 这样方便了考试系统的正常运行，但也在一定程度上增加了系统的复杂性。考试大纲中 规定考核内容不包括xw i n d o w 图形方式下的操作。作为l i n u x 系统管理员，必须熟悉 s h e l l 命令行方式下常用命令的用法，这些是我们要重点考核的内容。 1 2 系统需求分析 1 2 1 系统要达到的基本目标 整个上机考试系统的工作流程为：启动计算机上的w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 系统， 运行w i n d o w s 下的考试系统，进行w i n d o w s 环境下的f o x p r o 操作考试；操作完成后， 点击指定按钮，考试系统在特定目录下生成记录考生相关信息的文件，然后启动虚拟机 软件v i r t u a lp c ，把考试系统的控制权移交到虚拟机系统。 虚拟机软件v i r t u a lp c 自动启动r e dh a tl i n u x7 2 虚拟机系统。虚拟机系统已经完 成了基于w i n d o w s 网络环境的l i n u x 上机考试系统的安装与设置。在考生以普通用户身 份( 用户名u s e r 、无口令) 登录进入l i n u x 系统后，考试系统自动显示从w i n d o w s 系统 中传过来的考生有关信息，包括考生的姓名、考号、剩余时间，还要显示考试题信息。 s 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 考生进入操作考试阶段。考试结束时间到，系统自动关闭，当前用户无法继续考试；系 统进入评分、收分阶段；监考教师以根用户( r o o t 用户) 身份登录进入系统，运行自动 评分和收分程序( o k 程序) ，该程序在执行过程中显示必要的信息，把考生成绩传回到 w i n d o w s 系统中，并在l i n u x 系统中作好记载，并再次初始化考试系统，以备下一位考 生在本机考试。为了考核考生对命令的掌握程度，考试大纲中已经规定了在s h e l l 命令 行方式进行操作，系统中没有安装xw i n d o w 图形用户工作环境。 考试系统要达到下列基本目标： 用简体中文显示必要的与考试相关的信息，如试题等；l i 肌x 系统命令的执行过程 及结果显示不包括在内。 显示考生的必要信息； 自动抽题、试题内容可以方便地随时显示出来； 考试计时功能、时间到时自动终止考生的操作； 考试完成后的自动评分、收分、重新启动或关闭； 防止或尽量减少由于意外( 系统死机或掉电) 造成的数据丢失；( 系 统c r o n d 中及时s y n c ) 1 2 2 系统的安全性要求 系统的安全性要求有如下几个方面： 1 2 2 1 对l i n u x 系统登录的控制 l i n u x 系统具备很高的安全性。登录是进入系统的第一关，必须对登录进行控制。 首先，系统中的r o o t 用户的口令必须严格保密，绝对不能泄露给考生；当r o o t 口令丢失 时，可以通过进入单用户维护模式重新设置口令。为了避免考生通过这种方法破坏r o o t 口令，在系统中采取了相应的对策；即使万一考生破坏了r o o t 口令，也很容易发现。对 考生来讲，在有限的时间内，在监考教师的注视下，通过技术手段来破译r o o t 口令的可 能性是不存在的。其次，为了方便，考生登录用的u s e r 用户口令设置为空。因为u s e r 用户是普通用户帐号，其权限有限，对系统不会造成威胁。但在考核某些命令时( 如 u s e r a d d ) ，会出现因考生用户权限有限而无法执行的问题。针对此类问题，有效的解决 方法是采用s u d o 技术；简单的解决方法是不用考生执行命令，而采用在文件中写出命 令或填空或选择的方法。最后，为防止出现在某系统中前一个考生没有收分、而下一个 考生在此系统考试的意外情况，需要采取预防措施。 1 2 2 2 对二次登录问题的控制 在很多种考试系统中，考生二次登录会获取重新抽题、考试剩余时间延长等好处， 6 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 因此要采取密码验证等控制措施。在l i n u x 考试系统中，考生二次登录不会获取任何好 处，只会耽误自己的时间，所以没有采取控制措施。但考试系统可以根据需求实现这种 控制，在系统开发过程中，曾在测试版本中实现过二次登录的控制措施，将在后面的有 关章节中讨论此问题。 1 2 2 3 关于多个虚拟控制台登录的问题 默认情况下，r e dh a tl i n u x7 2 支持六个命令行方式的虚拟控制台和一个g u i 方式 ( xw i n d o w ) 的虚拟控制台。由于很多师生不习惯多用户系统的多控制台操作，为此， 可以在系统启动时保留2 个或3 个虚拟控制台，关闭其它的虚拟控制台。 1 2 2 4 确保分数的安全性 在考试结束后，评分程序的执行结果是系统中最关键最重要的数据，就是考生的分 数，必须保证其安全性。为此，在评分程序执行的过程中，禁止程序响应用户的键盘中 断请求。评分程序执行完成后自动执行收分程序，把分数在l i n u x 系统中作好备份，并 把它通过网络功能传回到w i n d o w s2 0 0 0 系统中特定的位置，并与原数据做比较，防止 数据在传输过程中产生差错。数据的格式中包含了加密信息，防止被人改动。在w i n d o w s 考试系统做两部分的分数合并操作时，做加密信息的验证操作，以确保数据的安全性。 1 2 2 5 保证用户数据的安全性 在考试系统运行过程中，考生的数据非常重要，应该确保系统在出现意外情况下用 户数据的安全性。比如在计算机出现系统故障、停电、用户关闭虚拟机等误