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

用户提交的代码可能会编译不通过，这时需要将编译报错信息返回给用户。我在编译的makefile命令后加这一句make >err.txt 2>&1将编译报错的信息输出到一个文件内

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。

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;
}

第三步：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;
}

第四步：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

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;
        }
    }
}