（计算机应用技术专业论文）一个基于web环境的在线考试系统的设计与实现.pdf

东南大学学位论文独创性声 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文 中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东 南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。 二 ， i k 。a 墙。j _ 啬j ， 研究生签名：驾恁旌日期：舀尘孑 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期 内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 端铆j f 研究生签名：蓬蚌导师签名：嘘日期：歹p 玷 摘要 摘要 随着计算机网络技术迅速发展，在线考试系统已成为近年来而新兴的研究 课题，它既有和传统考试相同的一方面，又有自己的特点。利用在线考试系统， 学习者可以突破传统教育资源和教育方法方面的限制，不受时间和空间等条件 的约束，根据自己的知识水平和时间情况申请考试。教师和管理人员也可以实 现考试任务的工作流处理，并能对考生的学习效果进行分析和动态跟踪。 本文从在线考试的实际需求出发，分析了基于w e b 的在线考试系统模型， 对考试系统应具备的主要功能进行了详细论述。通过对在线考试系统的核心问 题一组卷算法的重点研究，针对遗传算法容易“早熟收敛 现象，提出一种改 进的遗传算法，该算法包括分段实数编码方案、适应度函数确定和选择变异交 叉算子确定等，实现了基于该算法的自动组卷。 本课题是以常州轻工职业技术学院成人教育学院远程教育项目为背景，采 用b s 模式，运用当前流行的a s p 技术和s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库设计在线考 试系统。 关键词：在线考试，b s ，a s p ，遗传算法 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ti nn e t w o r kt e c h n i q u ei nt h el a s tf e wy e a r s ，t h e o n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mi sn e w l ya r i s e nr e s e a r c ht o p i c s o nt h eo n eh a n di tb o m h a ss i m i l a r i t i e sw i t ht h et r a d i t i o n a le x a m i n a t i o n , a n dh a so w nc h a r a c t e r i s t i c s u s i n g t h et e s t i n gs y s t e m ，t h es t u d e n tc a nb r e a kt h r o u g hr e s t r i c to ft r a d i t i o n a le d u c a t i o n r e s o u r c e sa n dt h ee d u c a t i o nm e t h o d , b e i n gf r e ef r o mt h ec o n d i t i o n a ls t i p u l a t i o n s ，s u c h a st i m ea n ds p a c ee t c t h et e a c h e ra n dm a n a g e r sm a yr e a l i z et h ee x a m i n gw o r kt o f l o wp r o c e s s i n g , a n dc a l lc a r r yo nt h ea n a l y s i sa n dt h ed y n a m i ct r a c kt oe x a m i n e e s s t u d ye f f e c t t l l i sp a p e re m b a r k e df r o mt h ee x a m i n a t i o na c t u a ld e m a n d h a sa n a l y z e dt e n t e s t i n gs y s t e mm o d e lo nt h en e t w o r k , a n dg a v ead e t a i l e de l a b o m t i o no nt h em a i n f u n c t i o no fm et e s t i n g s y s t e m t h r o u g ht ot h et e s t i n gs y s t e mm a i nq u e s t i o n , p r o s e d c a r r i e so nt h ea u t og e n e r a t i n ge x a mp a p e rb a s e do nt h eg e n e t i ca l g o r i t h m t 0s o l v e t h ep r o b l e mo f“p r e m a t u r ec o n v e r g e n c e i nt h ev i e wo ft h eg e n e t i ca l g o r i t h m ， p r o p o s e dt h ei m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h m ，a n dg a v et h ea p p r o p r i a t ee n c o d i n g m e t h o da n dt h eh e r e d i t a r yo p e r a t o r sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fa u t oe x a m p a p e rg e n e r a t i n gw o r k i nt h i sp a p e r , t a k et h ec h a n g z h o ui n s t i t u t eo fl i g h tt e c h n o l o g ya d u l te d u c a t i o n i n s t i t u t ed i s t a n c el e a f i n gp r o j e c ta st h eb a c k g r o u p ，u s et h eb sp a t t e r n , t h eu t i l i z a t i o n c u r r e n tp o p u l a ra s pa n dt h es q ls e r 、厂e rd a t a b a s e ，h a sr e a l i z e dt h et e s t i n gs y s t e m k e yw o r d s ：t e s t i n gs y s t e mo n l i n e ，b s ，a s p ，g e n t e n i ca l g o r i t h m 目录 摘要i 第一章引言l 1 1 研究的背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文研究的目标和内容2 1 3 1 研究目标2 1 3 2 研究内容。3 1 3 - 3 研究方法和技术路线：3 1 4 本文结构3 第二章在线考试系统的总体设计4 2 1 在线考试系统的需求分析4 2 2 系统总体的功能设计5 2 2 1 系统性能分析8 2 3 系统体系结构8 2 3 1c s 模式8 2 3 2b s 模式。1 0 2 4 系统开发相关技术l l 2 4 1a s p 技术1 2 2 4 2 数据库技术的选择1 3 2 4 3 系统开发平台1 4 2 5 本章小结1 4 第三章考试系统组卷题库的设计1 5 3 1 组卷对题库的要求1 5 3 2 题库的建设1 7 3 3 “电子商务”专业题库的特点1 7 3 4 题库的设计1 8 3 4 1 题库功能模块需求1 8 3 4 2 题库数据表结构设计。l9 3 5 本章小结1 9 第四章组卷策略与算法研究2 0 4 1 智能组卷的定义2 0 4 2 组卷的数学模型2 l 4 3 组卷算法简介。2 2 4 3 1 随机策略组卷算法2 2 4 - 3 2 回溯试探算法_ 。2 2 4 3 3 搜索策略算法2 3 4 3 4 遗传组卷算法2 3 4 4 智能组卷遗传算法2 3 4 4 1 标准遗传算法简介2 4 4 5 遗传算法的组卷方案2 7 4 5 1 标准遗传算法组卷方法2 7 4 5 2 改进遗传算法的组卷设计3 0 4 6 实验结果3 6 第五章在线考试系统的设计与实现3 9 i i i 东南大学工程硕士学位论文 5 1 系统数据库的设计3 9 5 2 系统功能模块设计与实现4 1 5 2 1 登录模块的设计与实现4 1 5 2 2 在线考试模块的设计与实现4 3 5 2 3 自动评卷模块的设计与实现4 6 5 2 4 题库管理模块的设计与实现4 8 5 2 5 组卷管理模块的设计与实现5 0 5 3 系统安全性技术研究51 5 4 系统运行分析5 4 5 5 本章小结。5 4 第六章总结5 5 6 1 课题总结5 5 6 2 展望5 5 参考文献5 6 j 改谢! ；9 攻读硕士期间论文发表情况6 0 第一章引言 第一章引言 1 1 研究的背景与意义 在传统情况下，组织一次考试需要经历选题、考试、评卷、试卷分析统计等步骤，对 此老师的工作量很大。同时，传统考试涉及中间环节很多，在此过程中难免会出现问题， 比如题目泄漏，评分出错等等，在此情况下，我们有必要要对传统的考试方式进行改革。 现代社会是一个信息社会，知识的更新变得很快，随着信息技术的高速发展以及计 算机网络技术的日趋成熟，发展以互联网为主要手段的现代远程教育己成为当今教育发展 的趋势。所谓网络教育u 1 ( e l e a r n i n g ) 指的是在网络环境下，以现代教育思想和学习理论 为指导，充分发挥网络的各种教育功能和丰富的网络教育资源优势，向教育者和学习者提 供一种网络教和学的环境，用数字化技术传递教学内容，开展以学习者为中心的非面授教 育活动。目前，全球有超过8 5 的大学拥有自己的网站，其中许多学校推出了网络教育课 程。欧美国家的网络教育走在世界前列，具有相当的规模。在中国也有许多的高校设立了 远程教育。教育部先后在清华大学、北京邮电大学、浙江大学、湖南大学、中央广播电视 大学、中国人民大学、北京大学等6 6 所高等院校进行现代远程教育心1 试点。如今，这些试 点学校初步探索出网络教育的办学模式，开发了一批网上课程和教育资源，初步形成了校 内基于校冈网的多媒体教育与校外远程教学相互融合的办学格局。在现代远程教育实施的 过程中，教育部强调要不断加强现代教育技术的研究与应用，加快教学资源的建设，积极 探索现代远程教育的人才培养模式和教学管理制度。要采取切实有效措施，把教育教学质 量始终作为现代远程教育工作的生命线。作为评价教学效果的考试，其形式与内容也发生 了巨大的变化，基于i n t e r n e t 的远程考试系统应运而生。 在线考试系统作为现代远程教育系统的一个子系统，是远程教育实现过程中的一个关 键，是保证远程教育教学质量的重要手段。i n t e r n e t 技术的发展使得考试的技术手段和载 体发生了划时代的变化，计算机技术、网络技术和考试理论的日渐成熟，使考试从传统的 纸笔考试到计算机辅助考试再发展到基于网络的在线考试成为现实。i n t e r n e t 的开放性、 分布性的特点和基于i n t e r n e t 的巨大的计算能力使得考试突破了时间和空间的限制。目 前，将考试移植到i n t e r n e t 上来成为一种新的趋势。基于网络的在线考试系统除了可以进 行远程考试，还被广泛应用于校园网内的学生自学与考核。通过对题库大量题目的练习， 可以提高学生的学习和应试能力。它不受时间和空间的限制，学生可以在任何闲暇时间进 行练习和自我考查。学生的课外学习方便而且不需金钱投入；教师可以布置在线作业而不 需批改就得到结果，大大减轻工作量。同时，作为在线考试系统时，它具有降低考试成本， 解决繁重的考务工作的优点；它可以免去教师大量的临考工作，试卷可以根据题库中的内 容即时生成；计算机可以自动判卷，教师无须去做考后的阅卷工作；实现无盘、无纸化考 试，大大提高工作效率：并且，试卷是即时生成的，不存在试卷的泄密和考试作弊问题， 使考试的公平性、答案的安全性得到有效的保证。 现在普遍采用的基于i n t e r n e t 网络的在线考试系统都逐渐利用计算机随机出题，它 一方面改变了以往靠人工进行考试的各种不足，同时也对考试系统提出了一些新的问题， 如何从试题库中产生随机的和公平的考试试卷；如何为考生提供实时的通信，以保证考生 的成绩准确无误；如何对考试的结果进行处理，为教师提供参考意见等等这些都是急待解 决的问题。 东南大学工程硕士学位论文 常州轻工职业技术学院已经开展了针对成人教育的远程课程，其中信息工程系已经有5 门课程加入远程教育课程体系中。在我校，每年有数百位成人学生接受远程课程的教育和考 核。为了方便学生参加本系考核，需要设计一个高效的在线考试系统，同时，在线考试系统 也是远程教育系统中的重要组成部分，因此，这次我选择在线考试系统作为研究项目。 在研究和学习了大量有关在线考试系统的资料后，针对本校实际情况尤其是教学要求， 利用学校现有的网络基本条件，研究开发了适合本校使用的基于网络的在线考试系统。 1 2 国内外研究现状 目前，在国内和国外都已经有不少基于网络的在线考试系统投入使用。在国外，己经 投入使用的在线考试系统有美国的g m a t ，t o e f l ，g r e ，还有微软等公司的国际认证考试 等。在国内，己经投入使用的在线考试系统有全国计算机等级考试n c r e 考试和a - t e s t i n g 考试等。很多高校都投入了一定的力量到各门试题库系统研制工作中去，在试题库的框架 结构、模型建立和选题算法上获得了进展，并取得一定的成果。 目前流行的在线考试系统很多，但是由于在设计时没有统一标准，这些网络考试系统 在组卷、抽题、考试等方面都存在一定的问题。 ( 1 ) 组卷方面存在的问题 组卷是网络考试系统的核心部分，决定着试卷的类型、题量、知识点分布等。目前许 多网络考试系统存在组卷方式单一、试题难易程度不易控制、组卷效率较低等问题。考试 系统自动组卷，不利于灵活地组织各种类型的考试，题量的多少、知识点的分布、考试时 间、难易程度等全部由计算机自动完成，可能不符合出题人的意图，自动化水平越高，出 题人越没有自由。 ( 2 ) 抽题方面存在的问题 抽题是网络考试系统的重要环节。有些考试系统根本没有实现随机抽题，而是由抽题 系统自动按题库试题的记录顺序抽题，试题难易程度和知识点分布难免有不合理现象；有 些考试系统虽然实现了随机抽题，但没有考虑重复抽题问题，试题库中同一编号的试题可 能被重复抽出( 如第十六次在我校进行的助理电子商务师考试中有一份试卷中出现重题的 现象) ，甚至有些试题库本身就存在重复的试题。 ( 3 ) 考试过程存在的问题 在考试进行过程中，如果考生点击浏览器中的刷新按钮，考试可能会从头开始；如果 遇到计算机死机、停电等现象，考试也会从头开始；考试系统不能自动交卷，考试时间结 束时，若考生由于疏忽没有交卷，则考试系统不会将考生的答案上传至网络考试服务器， 给考生造成不必要的麻烦。 1 3 本文研究的目标和内容 本文主要研究基于智能组卷的在线考试系统的设计和实现，在经过大量的文献和资料 的研究和分析后，设计出高效的在线考试系统。 1 3 i 研究目标 实现考试系统中的智能组卷 2 第一章引言 实现在校学生和参加远程教育学生的在线考试，真正减轻学校和教师负担，实现学生 可以在不同地方和不同时间进行考试，方便学生。 1 3 2 研究内容 在对大量的文献和现有系统进行研究后，结合积累的现有经验和技术，针对常州轻工 职业技术学校远程教育应用的实际情况，围绕在线考试系统进行研究和设计。首先全面了 解当前国内外关于在线考试系统的发展现状、技术前沿和研究热点，从而提出一种基于改 进遗传算法的智能组卷的在线考试系统的解决方案，同时系统地阐述了方案的结构和其实 现方法，最终设计出高效的符合常州轻工职业技术学院要求的考试系统。在此期间主要工 作有： 题库的建立和管理 利用题库中的试题实现智能组卷 考生和教师身份验证登陆 该系统能对客观试题自动评分 考生成绩查询， 1 3 3 研究方法和技术路线 为完成本设计，通过对当前考试系统模式的分析和比较，最终采用了b s 模式作为在 线考试系统，其中关键的组卷算法采用改进的遗传算法，结合a s p 技术和s q ls e r v e r 数 据库的技术来完成本课题。 1 4 本文结构 本论文分为6 章，具体信息如下： 第一章引言：介绍课题研究背景、课题研究的目的和意义、国内外研究现状，和论文的主 要研究内容。 第二章系在线考试系统的总体设计。介绍系统的需求分析、系统的总体设计和具体功能设 计及系统开发的相关技术。 第三章考试系统中题库的设计。阐述试题库系统的建设、题库的需求分析和数据库设计 第四章组卷策略与算法研究。介绍常用组卷算法及本文所采用的组卷策略与算法的设计方 案。 第五章在线考试系统的实现。介绍考生登陆模块、在线考试模块和考务管理模块等核心功 能的实现，同时也介绍了系统其他功能模块的实现过程。 第六章为论文的结束部分。总结了本课题已完成功能，并指出需进一步完善的部分，以及 需要更深入研究的方向。 3 东南大学工程硕士学位论文 第二章在线考试系统的总体设计 本章在对系统设计目标进行分析的基础上给出了系统的总体功能模块，并分别从系统 体系结构和开发两个子系统的关键技术两个方面进行了论述。 2 1 在线考试系统的需求分析 实 通过对现有的远程考试系统的优缺点分析，在详细了解学校实行网上考试系统的一些 图2 - 1 考生考试流程图 根据以上流程图，为实现该考试流程，在设计在线考试系统时，系统需满足以下的设 计要求： ( 1 ) 教师和学生的信息管理 学生的信息包括学号、姓名、班级、所在系等，通过学号可查询到学生信息。教师的 信息包括工号、姓名、所在系等，通过工号可查询教师的信息。可增加、修改、删除学生 和老师信息。 ( 2 ) 试题库管理 试题库管理的功能是维护试题库，包括对试题库中的试题进行添加、删除、修改等操 作。试题库中的试题可分为单项选择题、多项选择题、判断题、简答题和综合题等类型。 在线考试系统中以交互式的页面来帮助管理员进行操作。管理员可以根据需要进行添加、 删除、修改、查询试题等操作。 ( 3 ) 标准答案和评分标准生成 在录入试题时，试题答案同时输入。在生成试卷的同时，系统自动提取并保存试卷的 4 第二章在线考试系统的总体设计 标准答案和评分标准。 ( 4 ) 系统阅卷 考试系统按照试卷的标准答案及评分标准，对考生答卷进行自动评分给出成绩。 ( 5 ) 考试管理 管理考生整个考试过程。主要包括：考生身份认证，考生参加考试，考生答卷结束后 试卷的回收等。在考试过程设有计时器：当考试结束时间到时，若考生还未交卷，计时器 将会中断考生当前考试、保存当前答案并提交试卷。考试管理还可以对在考试过程中遇到 的突发状态如死机、断电等进行处理。 ( 6 ) 成绩管理 考试结束后，考生成绩管理主要包括：记录考生成绩，考生能以学号查询考生成绩等 功能。 ( 7 ) 安全管理 在线考试系统的安全问题包括：考生及相关人员身份的认证、考试系统中访问权限的 控制。如考生只能访问自己的信息，只能参加规定的考试。教师只能访问自己所管辖的考 生成绩。管理员能增加、修改和删除试题等。 ( 8 ) 资源共享 通过这个在线考试系统，要能实现试题库等资源的共享。除了上述功能以外，在线考 试系统它还应满足以下功能： 友好的界面确保考生考试的顺利进行；系统使用简单，不需对使用者进行培训，不能 因系统的原因影响考生考试。 良好的可扩展性。当考试内容和形式发生变化时，能迅速为考试系统增加新功能，能 对现有功能进行不断扩展和升级。 可靠运行，易于管理和维护。 2 2 系统总体的功能设计 本系统主要分为两个部分：学生用在线考试子系统和教师用题库管理子系统。系统的 总体功能模块图如图2 - 2 所示。 用 户 管 理 在线考试系统 题库管理子系 试 题 管 理 组 卷 管 理 成 绩 管 理 用 户 登 录 考试管理子系 图2 - 2 系统总体功能模块图 在 线 考 试 分 数 查 询 自 动 阅 卷 其中，题库管理子系统主要面向教师，而在线考试子系统主要面向考生。题库管理子 系统主要包括用户管理、试题管理、试卷管理、成绩管理等模块，在线考试子系统主要包 5 东南大学工程硕士学位论文 括登录模块、在线考试、在线阅卷等模块。下面将对两个子系统各功能模块的划分和具体 功能进行分析的阐述。 l 、题库管理子系统 其功能结构如图2 3 所示。 图2 3 题库管理子系统功能结构图 1 ) 用户管理模块 该模块用于对登录考试管理系统的用户进行增加、删除、修改以及权限设置、用户密 码修改等操作。 2 ) 试题管理模块 对试题库进行维护，可对试题进行录入、查询、修改、删除等操作。 3 ) 组卷管理模块 该模块是整个考试系统的一个重要模块，其功能是：设置组卷约束条件，如题型比例， 难度比例，知识点比例，总分，考试时间等约束，通常用遗传算法来实现组卷。 4 ) 成绩管理模块 该模块可以查询考生成绩。 2 、在线考试子系统 其功能结构如图2 _ 4 所示。 图2 4 在线考试子系统功能结构图 6 第二章在线考试系统的总体设计 1 ) 用户登录模块 该模块用于验证用户的身份，若用户为合法考生，将进入考试系统的主界面；若用户 为合法教师，将进入在线阅卷的界面；否则返回登录界面，并显示出错信息。 2 ) 在线考试模块 从数据表中读取试卷，并根据不同题型使用试题模板生成考试界面供考生参加考试。 考生在规定时间内进行考试，可提前交卷，也可在规定时间结束时自动提交试卷；提示考 生考试剩余时间；系统恢复机制，当考生因计算机意外中断考试时，系统会保留学生已做 试题的答案，而不至于考生重新答卷；题目标记功能，考生对没有把握的题目可以进行标 记，待考卷基本答完后再仔细推敲，以防止漏答题。 3 ) 分数查询模块 该模块供考生实时查询分数，不仅可查询到总分，还可查询到得分的详细情况。 4 ) 自动阅卷模块 考生考试结束后，试卷被提交，考生答卷被存入数据库，其中客观题部分( 包括单选 题、是非题等) ，由自动阅卷模块批阅。而主观题( 包括简答题和综合体) 则由相关教师登 陆系统后手工阅卷，即由教师给出该主观题的分数提交给系统，系统把客观题的分数和主 观题分数之和作为考生的成绩，存入考生成绩表。 在线考试系统的逻辑结构如图2 - 5 所示。 图2 5 在线考试系统的逻辑结构图 7 考试和评分 成绩分析 东南大学工程硕士学位论文 2 2 1 系统性能分析 本考试系统是基于网络的，为使学生能正常考试，一方面要达到传统考试目的，另一 方面，又要利用网络的优势来解决一般传统考试所不能实现的目标。因此，在系统的设计 上须满足以下要求： ( 1 ) 易用性 在线考试系统在安装、配置和维护上的操作应简单方便；具有良好的用户界面，并且 能够很方便的进行系统的移植。在线考试系统在开发时应以“简单易用”的原则，方便用 户使用；对于考生来讲，只需要掌握最基本的计算机操作且不需要进行专门的培训，就能 完成整个在线考试过程，考生操作起来简单方便。对于所有用户来说，在线考试系统简单 易用易上手。 ( 2 ) 可靠性 可靠性是指系统使用的软、硬件可靠性程度，也即系统在使用过程中不发生或极少发 生故障。这就要求在线考试系统在运行过程中，要能及时记录考生的考试情况：完成的考 试试题和己实际用掉的时间等，以免在出现故障的时候丢失考试数据。 ( 3 ) 安全性 在本系统中要能保证在非正常情况下将数据的丢失减少到最低的限度。当考生遇到特 殊的情况把考试中断后，系统能够恢复并继续参加考试。因此本考试系统应该能够充分利 用数据库的维护工具进行数据的备份和恢复等操作，从而来提高考试系统的安全性。 ( 4 ) 容错性 一方面考试系统本身有安全性的要求，在另一方面，当在考试过程中进行了不当操作 之后，系统能够进行相应的错误提示和处理，从而确保系统能正常运行。 ( 5 ) 易维护性 本系统采用客户机浏览器模式，这样可以避免在客户端安装程序，因此它是一种真正 的“瘦客户端”的系统。在这种情况下，本系统有关的所有维护升级等工作只需在服务器 端完成，所有系统运行时所需的组件都可以部署在服务器端，这样极大的减少维护期的开 销。 ( 6 ) 易扩展性 为提高系统的易扩展性，在本系统了设计良好的组件接口。 2 3 系统体系结构 当前现有的在线考试系统的体系结构主要有客户机朋睦务器模式( 简称c s 模式) 和浏 览器服务器模式( 简称b s 模式) ，下面对这两种体系结构进行简单的介绍，并给出本系 统开发所使用的体系结构。 2 3 1c s 模式 c s 模式( c l i 饥t s c r v c r ，即客户机厂服务器模式) ，是一种二层结构的系统平台模式，它 具有较强的交互性。在c s 模式中，客户端有一套完整的应用程序。在出错提示和在线帮 助等方面都有很强大的功能，并且它可以在子程序间自由切换。另外，c s 模式提供了更 安全的存取模式。由于c s 配备的是点对点的结构模式，所以它适用于局域网，同时安全 8 第二章在线考试系统的总体设计 性也可以得到可靠的保证。全国计算机等级考试网络版，n 1 1 等都采用了这种方法。c s 模式系统同样可以采用x m l 及a s p 等语言来开发。 c s 模式的实质其实是把数据管理和应用程序两部分分离开来，分别由数据库服务器 和客户机来执行。客户机提供的是用户界面，在客户机中，直接以s q l 语言向数据库服务 器发出请求，而数据库服务器服务于客户机发出的请求，执行s q l 语句，最后将响应的结 果返回给客户机。这两个部分是独立工作的。其c s 结构示意图如图2 石所示。 c i i e n t d b s e r v 玎 一i ：据期辅 国国国t 图2 - 6 c s 结构示意图 采用这种结构的优点是：一方面，由于应用程序的主体部分是安装在客户机上的，从 而大大降低了服务器上的处理器的负载，使得在服务器上可以专门从事数据处理工作，这 样就降低了对服务器的性能要求，同时也降低了服务器的费用，而且在客户端上的应用程 序也不用专门的人员来进行管理。另外，由于在该模式中，网络的作用主要用于发送操作 指令和传输运算后的结果，因此它的数据传输量很小，很少出现网络拥挤和堵塞现象；另 一方面，c s 模式通过对服务器当中的数据进行共享，它有效的解决了独立客户机系统之 中存在的数据同步的问题，并且还可以通过定时备份、镜像、磁盘阵列等方法和手段来增 加数据安全性，从而防止数据的丢失或遭到恶意破坏；同时，由于数据库是安装在服务器 上的，从而可简单而高效的对数据进行统一存取控制和管理等，并且可以根据实际的情况 进行适当的优化。但是，c l i e n t s e r v e r 模式的体系结构实际上为一种两层结构：客户机( c l i e n t ) 和服务器( s e r v e r ) ，在c s 模式中大部分主要的功能全集中在c l i e n t 端，而s e r v e r 端只作为 一般的数据提供者，随着应用程序规模的不断扩大以及各种类型最终用户的增加，两层c s 结构的限制变得越来越明显：效率低下、安全性差、维护困难、伸缩性差等等。具体的表 现体现在以下几个方面： 开放性 对于大多数的基于c s 模式的应用系统来说，如果使用了不同厂商的数据库产品，由 于没有统一的规范，就会采用完全不同的接口，这样开发出来的应用系统就难以实现协同 工作，从而使得系统的集成难以实现。 可维护性 基于c s 结构的数据库应用系统，这些业务规则通常置于客户端的应用程序中。那么 业务规则一旦发生变化( 如电话号码有可能升为9 位) 时，我们就必须修改客户端的应用程 序，并且必须对每一个客户的客户端进行相应的升级工作。 可扩充性 对于一个c l i e n t s e r v e r 模式的系统来说，由于应用处理都是在客户端，每一个客户端 都必须安装所有要用的应用程序的组成部分。无论用户是否需要这些应用程序，有的时候 甚至还必须安装第三方应用软件，这样就会造成客户端程序的极端庞大( 也即所谓的“胖” 客户机) ，也限制了对业务处理的逻辑变化的适应以及扩展能力。当访问的数据量增大和业 务处理变得复杂时，客户端往往就变成了瓶颈，这与当前的“瘦”客户端发展趋势不符合。 另外，在访问远程数据库的时候，前台客户端与后台的数据库服务器的数据交换变得频繁， 并且数据量大。当大量用户同时访问时，就容易造成网络的瓶颈。 9 f i 东南大学工程硕士学位论文 2 3 2b s 模式 b s 模式( b r o w s e r s e r v e r 的简称，即浏览器服务器模式) ，是一种以w e b 技术为基础 的系统平台模式。它把传统c s 模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个 应用服务器( w e b 服务器) ，从而构成一个三层结构体系，它简化了客户端，采用点对多 点、多点对多点这种开放的结构模式，并采用t c p i p 这一类运用于i l l t c m c t 的开放性协议， 其安全性只能靠数据服务器上管理密码的数据库来保证。其三层结构如图2 7 所示。 、bs e r v e r c g i - - - - - - - a p i 回国国 图2 7 b s 结构示意图 第一层，浏览器是表示层，主要完成用户接口功能。在客户端，向u r l ( u n i f o r mr e s o u r c e l o c a t o o 所指定的w e b 服务器提出一些服务请求，而w e b 服务器用h t t p 协议把所需的文 件资料传送给用户。客户端接受后把资料内容显示在w w w 浏览器上。 第二层，w e b 服务器作为功能层，完成客户的应用功能。即w e b 服务器接受客户的请 求，用c g i 或a s p 跟数据库进行连接，然后进行申请、处理，并把数据库结果返回给w e b 服务器，最后传至客户端。 第三层，数据库服务器是数据层。数据库服务器对客户发出的各种请求独立的进行各 种处理。b r o w s e r s e r v e r 模式的系统与c l i e n t s e r v e r 模式的系统不同的之处在于： ( 1 ) b r o w s e r s e r v e r 模式系统中的以b r o w s e r ( 浏览器) 作为一种通用的浏览器，一 般不需要任何其他应用程序，在这一点上，与c l i e n t s e r v e r 模式的系统中具有复杂功能的 客户端程序是完全不同的。 ( 2 ) b r o w s e r s s e r v e r 模式的系统中的中间层是b s 结构中关键部分，中间层在 b r o w s e r s e r v e r 模式的系统中充当着一种双重身份：从b r o w s e r ( 浏览器) 的角度来看，它 是w e bs e r v e r ，而从d bs e r v e r ( 数据库服务器) 的角度来看，它是一个功能丰富的c h e n t ( 客户端) 。所以w e bs e r v e r 和d bs e r v e r 的关系则又像c l i e n t s e r v e r 的关系。 对于b s 系统的这种三层体系结构的优点是很明显的： 友好统一的图形用户界面 在以往c l i e n t s e r v e r 模式的系统中，每个应用软件的服务器端与客户端的程序都是由 同一家厂商开发，而每一个厂商所开发的系统都有着各自的特点和独特的界面，因此当用 户使用多个应用系统时，就可能需要面对多种不同的用户界面，以至于要记住很多不同的 操作方法与操作步骤，甚至也许还要记住许多的命令。而在b r o w s e r s e r v e r 模式的系统中， 大家遵循的是统一的标准协议，而且，当我们把浏览器作为统一的客户软件，那么用户就 无须再花大量的时间和精力去学习以及熟悉不同应用系统的用法，这样用户就可以把大部 分精力集中到系统的内容上面，而不用去记系统的使用说明。 减少网络中的数据流量 在c i l e n t s e r v e r 模式的系统中，对数据的操作许多都需将数据从数据库服务器当中读 1 0 辜 凰 第二章在线考试系统的总体设计 取到客户机中，之后再加以处理，最后再将数据保存到数据库中。在b r o w s e r s e r v e r 模式 的系统中，数据的处理工作都归服务器来执行，因此在读取和保存数据的时候，这些数据 只需要在几台服务器之间相互传输，而不需要通过浏览器与服务器之间的网络。在大多数 情况下，浏览器和服务器之间的网络距离都是比较长且传输速度是较低的，而在服务器和 服务器之间的网络通常是距离较短且速度较高，因此在采用b r o w s e r s e r v e r 模式后，我们 可以充分的利用服务器间的高速传输通路，同时减少在浏览器和服务器之间的长距离、低 速网络中的数据流量。 、 一 更好的开放性 开放性是分布式系统的基本优势，它为不同厂商生产的产品协同工作创造了条件，但 是这些产品应当遵循统一的标准。在c l i e n t s e r v e r 模式的系统中，由于不同的应用系统往 往是由不同的厂商开发，在它们之间缺少了统一规则，因此在协同工作的时候将有可能会 发生一些意想不到的问题；而在b r o w s c r s e r v v r 模式的系统中，由于采用的是一致的h t t p 协议以及其他一些共同的规则，不同系统之间的冲突将会大大减少。 平台无关性 在b r o w s e r s e r v e r 模式的系统中，程序的主体分布在w e bs e r v e r 上，客户机上只有一 个标准的浏览器，它与服务器之间采用标准的t c p i p 协议和h t t p 等协议进行通信，因此 作为客户端的平台，它是相对独立的：不依赖于服务器方所采用的软硬件平台。用户可以 自由的选择自己所熟悉的平台进行相应的工作。 有效地解决异种数据库联合使用的问题 在b r o w s e r s e r v e r 模式的系统中，由于采用了b r o w s e r w e bs c r v c r d bs e r v e r 的三层体 系结构，我们只需在中间层的服务器上安装一些数据库的驱动程序，或者使用专门的服务 器作为与数据库连接的桥梁。因为程序的主体是运行在中间服务器上的，客户端只是一个 浏览器，避免了在客户端重复安装数据库驱动程序的问题，从而可以有效的解决异种数据 库间联合使用的问题。 客户端的维护工作简单 在c l i e n t s e r v e r 系统中，维护工作主要集中在客户端。由于客户端是通过网络与服务 器相连接的，管理人员对其地理位置是不可知的，而且由于一般都具有较多的客户机，这 就会造成起维护或升级的工作难度很大。而在b r o w s c r s c r v v r 模式的系统中，它采用的是 通用的客户软件，维护的工作主要集中在服务器端，而服务器则由专门的管理人员来进行 集中管理，这样对系统的维护相对简单得多。 b s 模式的最大优点就是在于可以在任何地方任何时间进行操作但不需安装任何的专 门软件。它只要有台能够上网的电脑就可以使用，对客户端来说它就是零维护，系统的扩 展非常容易。只要能上网，并且系统管理员分配给用户一个用户名和密码，这样就可以使 用了。 对于考试系统我们采用b s 模式，允许考生通过浏览器登录考试系统，参加考试， 并进行个人成绩查询；同时还允许教师通过浏览器进行试题库的管理，成绩统计查询等。 本系统由两个子系统构成：题库管理子系统和在线考试子系统，在系统的模式上我们选择 了b s 的体系结构。 一 2 4 系统开发相关技术 工欲善其事，必先利其器。为开发出高效的考试系统，开发技术的选择很重要：前台我们 选择a s p 技术，后台数据库技术我们选择了s q ls e r v e r 数据库技术。 东南大学工程硕士学位论文 2 4 1a s p 技术 在线考试系统我们选择的是b s ( 浏览器朋艮务器) 结构，开发技术选择的是a s p 技术。 a s p 是a c t i v es e r v e rp a g e 的缩写，意为“动态服务器页面”。a s p 是微软公司开发的代替 c g i 脚本程序的一种应用，它可以与数据库和其它程序进行交互，是一种简单、方便的编程 工具。a s p 的网页文件的格式是a s p ，现在常用于各种动态网站中。a s p 是一种服务器端 脚本编写环境，可以用来创建和运行动态网页或w e b 应用程序。a s p 网页可以包含h t m l 标记、普通文本、脚本命令以及c o m 组件等。利用a s p 可以向网页中添加交互式内容( 如 在线表单) ，也可以创建使用h t m l 网页作为用户界面的w e b 应用程序。a s p 所有的程序 都将在服务器端执行，包括所有嵌在普通h t m l 中的脚本程序。当程序执行完毕后，服 务器仅将执行的结果返回给客户浏览器，这样也就减轻了客户端浏览器的负担，大大提高 了交互的速度。 同时，a s p 的命令和操作都是由服务器解释执行，执行结果产生动态生成的w e b 页面 并送到客户端浏览器；而客户端技术的脚本语言则是由网络浏览器来解释执行的。由于a s p 是在服务端解释执行，开发者可以不必考虑客户端浏览器是否支持a s p ，同时开发者也不 必担心别人下载程序从而窃取编程代码。 a s p 的工作原理：当在w e b