UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO – BACHARELADO
SISTEMA PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE
QUESTÕES NAS PROVAS DE CONCURSOS DE
PROGRAMAÇÃO
MARCOS KIRCHNER
BLUMENAU
2004
2004/II-08
MARCOS KIRCHNER
SISTEMA PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE
QUESTÕES NAS PROVAS DE CONCURSOS DE
PROGRAMAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso submetido
à Universidade Regional de Blumenau para a
obtenção dos créditos na disciplina Trabalho
de Conclusão de Curso II do curso de Sistemas de Informação – Bacharelado.
Prof. Jomi Fred Hübner – Orientador
BLUMENAU
2004
2004/II-08
SISTEMA PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE
QUESTÕES NAS PROVAS DE CONCURSOS DE
PROGRAMAÇÃO
Por
MARCOS KIRCHNER
Trabalho aprovado para obtenção dos
créditos na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II, pela banca examinadora
formada por:
Presidente:
Prof. Jomi Fred Hübner – Orientador, FURB
Membro:
Prof. Roberto Heinzle, FURB
Membro:
Prof. Alexander Roberto Valdameri, FURB
BLUMENAU
2004
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao professor Jomi pela paciência quando eu resolvi mudar o tema do meu
trabalho, pela colaboração neste trabalho e por ter recomandado o uso do LATEX para
escrever esse texto.
Aos meus pais que me ensinaram ou possibilitaram que eu aprendesse tudo que sei
hoje.
À todos que de alguma forma contribuı́ram com a realização deste.
RESUMO
Este trabalho apresenta um sistema de correção automatizada a ser utilizado em provas
de concursos de programação. Um sistema desse gênero deve prover um ambiente seguro
para executar código arbitrário enviado por qualquer programador, sem comprometer as
informações confidenciais e a estabilidade do sistema. O sistema foi implementado em
linguagem C#.NET e corrige programas nessa mesma linguagem, mas foi projetado o
intuito de adição de módulos para outras linguagens.
Palavras Chave: Competições de programação, Ambiente de execução seguro, Sistema
de correção automatizada.
ABSTRACT
This work presents an online judge system to be used in programming contests. Such
a system must provide a secure execution environment that can execute arbitrary code
submitted by any programmer, without compromising confidential informations or system
stability. This system’s been implemented in C#.NET language and can judge programs
written in this same language, but has been projected with extensibility for new programming languages in mind.
Key-Words: Programming contests, Secure execution environment, Online judge.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1 – Interação do .NET Framework com os componentes do sistema
operacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 2.2 – Estrutura de uma assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 2.3 – Visão simplificada da segurança de acesso do código. . . . . . . . . 26
Figura 2.4 – Grupos de código de um nı́vel da polı́tica de segurança. . . . . . . 27
Figura 2.5 – Interação dos componentes durante uma requisição de inı́cio e finalização de um serviço. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figura 3.1 – Diagrama de casos de uso do sistema web. . . . . . . . . . . . . . . 36
Figura 3.2 – Diagrama de casos de uso do sistema de correção. . . . . . . . . . 37
Figura 3.3 – Componentes do sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figura 3.4 – Diagrama de classes do componente Model. . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 3.5 – Diagrama de classes do componente ReportModel. . . . . . . . . . 40
Figura 3.6 – Diagrama de classes do componente IDAL. . . . . . . . . . . . . . 41
Figura 3.7 – Modelo conceitual do banco de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 3.8 – Diagrama de classes do componente DALFactory. . . . . . . . . . 43
Figura 3.9 – Diagrama de classes do componente BLL. . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 3.10 – Diagrama de navegação do sistema web. . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 3.11 – Interação dos componentes com o sistema web durante o envio de
uma solução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 3.12 – Diagrama de classes do componente JudgeServer.
. . . . . . . . . 48
Figura 3.13 – Interação dos componentes do sistema de correção durante a
correção de uma solução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 3.14 – Relação entre os processos e os Application Domains do sistema
de correção e do Wrapper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Figura 3.15 – Tela de cadastro de categorias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figura 3.16 – Tela de cadastro de problemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figura 3.17 – Tela para indicação das categorias dos problemas. . . . . . . . . . 60
Figura 3.18 – Tela de cadastro de conjuntos de entrada e saı́da para avaliação. . 61
Figura 3.19 – Tela de cadastro de categorias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figura 3.20 – Tela para indicação dos problemas de uma competição. . . . . . . 61
Figura 3.21 – Tela de cadastro de usuários. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Figura 3.22 – Tela com a lista de categorias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Figura 3.23 – Tela com a lista de problemas por categoria. . . . . . . . . . . . . 63
Figura 3.24 – Tela com os detalhes do problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figura 3.25 – Tela com as competições. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figura 3.26 – Tela com os detalhes da competição. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figura 3.27 – Tela para submissão de programas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figura 3.28 – Tela com a lista das últimas submissões.
. . . . . . . . . . . . . . 65
Figura 3.29 – Resultados do sistema de correção para os dois programas maliciosos submetidos a correção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figura 3.30 – Tela com as estatı́sticas dos problemas. . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figura 3.31 – Tela com ranking de autores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
LISTA DE QUADROS
2.1
Exemplo de uso de segurança baseada em funções. . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1
Procedimento armazenado para listar as competições de um usuário. . . . . 51
3.2
Código para chamar o procedimento armazenado ContestsListByUser. . . . 52
3.3
Atributos e propriedades da classe CountryInfo. . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4
Configuração de segurança para a área restrita ao administrador do sistema
web. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5
Código para autenticação do usuário no sistema web. . . . . . . . . . . . . 54
3.6
Código do serviço do Windows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.7
Código do método Submission.SignalJudge() do componente BLL. . . . . . 55
3.8
Atributo para identificação do programa submetido para correção. . . . . . 56
3.9
Rotina principal do programa Wrapper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.10 Rotina CreateAppDomain() do programa Wrapper. . . . . . . . . . . . . . 58
3.11 Programa malicioso que consome muito tempo de CPU. . . . . . . . . . . . 66
3.12 Programa malicioso que tenta acessar o disco. . . . . . . . . . . . . . . . . 66
LISTA DE TABELAS
3.1
Requisitos funcionais do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2
Requisitos não funcionais do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
LISTA DE ABREVIATURAS
ACM Association for Computing Machinery
ACM ICPC Association for Computing Machinery (ACM) International Collegiate
Programming Contest
API Application Programming Interfaces
ASP Active Server Pages
CLR Common Language Runtime
COM Component Object Model
CSS Cascading Style Sheets
DAAB Data Access Application Block
DAL Data Access Logic
DNS Domain Name System
DOM Document Object Model
GAC Global Assembly Cache
GUID Globally Unique Identifier
HTML Hypertext Markup Language
HTTP Hypertext Transport Protocol
IDE Integrated Development Environment
IIS Internet Information Services
IOI International Olympiad in Informatics
JIT just-in-time
MER Modelo Entidade-Relacionamento
MSIL Microsoft Intermediate Language
MVC Model-View-Controler
PHP PHP: Hypertext Preprocessor
SCM Service Control Manager
SDK Software Development Kit
SGBD Sistema Gerenciador de Banco de Dados
SP Stored Procedure
SQL Structured Query Language
TI Tecnologia da Informação
UML Unified Modeling Language
URL Uniform Resource Locator
W3C World Wide Web Consortium
XHTML Extensible Hypertext Markup Language
XML Extensible Markup Language
SUMÁRIO
1 Introdução
16
1.1
Objetivos do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2
Estrutura do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Fundamentação teórica
2.1
19
Competições de programação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 .NET Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1
Segurança de aplicações .NET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.2
ASP.NET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.3
Serviços do Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3
Web standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4
Trabalhos correlatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Desenvolvimento do sistema
3.1
3.1.1
3.2
34
Requisitos principais do problema a ser trabalhado . . . . . . . . . . . . . . . 34
Diagramas de casos de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Especificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.1
Componente Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.2
Componente ReportModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.3
Componente IDAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.4
Componente DALFactory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.5
Componente BLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.6
Componente Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.7
Componente JudgeServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3
Implementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.1
Técnicas e ferramentas utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.2
Banco de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3.3
Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3.4
Sistema web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3.5
Sistema de correção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.6
Operacionalidade da implementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4
3.4.1
Resultados e discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Dificuldades encontradas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4 Conclusões
4.1
70
Extensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Referências Bibliográficas
72
Apêndice A -- Cenários dos casos de uso do sistema web
74
A.1 Use Case ’Autenticação usuário’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
A.2 Use Case ’Cadastro de categorias’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
A.3 Use Case ’Cadastro de problemas’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
A.4 Use Case ’Cadastro usuário’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
A.5 Use Case ’Criar competições’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
A.6 Use Case ’Enviar solução’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
A.7 Use Case ’Inscrever em competição’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A.8 Use Case ’Relatório de estatı́sticas dos problemas’ . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A.9 Use Case ’Visualizar problema’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A.10 Use Case ’Visualizar ranking autores’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
A.11 Use Case ’Visualizar relatório submissões’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Apêndice B -- Cenários dos casos de uso do sistema de correção
79
B.1 Use Case ’Corrigir programa’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Anexo A -- Permissões pré-definidas do .NET
81
16
1
INTRODUÇÃO
Concursos de programação são competições organizadas por alguma entidade, onde
várias equipes recebem um determinado número de problemas e devem resolvê-los escrevendo um programa. Há algumas boas razões para se participar desse tipo de concurso.
As pessoas podem se divertir, ao mesmo tempo em que aprimoram suas habilidades de
programação e aumentam as perspectivas de trabalhos. Além disso, alguns concursos
como o TopCoder Challenge dão prêmios em dinheiro (SKIENA; REVILLA, 2003, p. 345).
O número de participantes em concursos é elevado. Na competição da ACM de
2004, participaram 3150 times de 75 paı́ses e 73 times avançaram para as finais mundiais (ASSOCIATION FOR COMPUTING MACHINERY, 2004). Os times normalmente recebem
vários problemas para serem solucionados e podem submeter um programa à correção
várias vezes (passı́vel de punição para soluções incorretas). Durante as provas os times
precisam de uma resposta rápida sobre a correção do programa, para aprimorar a implementação caso necessário, ou direcionar seus esforços para a solução de outro problema.
Porém, é inviável para a equipe organizadora da competição receber e testar manualmente
cada problema submetido. Para apresentar a resposta de uma submissão em tempo adequado, as competições normalmente fazem uso de sistemas de correção automatizados
(juizes on-line). Segundo Manzoor (2004), a ACM utiliza um software chamado PC2 em
suas competições.
Esse tipo de software parece simples à primeira vista. Ele deve compilar o programa fonte submetido, carregar o arquivo executável e passar para o programa os dados
de entrada. Assim que o programa finalizar, a saı́da do programa submetido deve ser
comparada com a saı́da esperada, para determinar se o programa submetido resolveu a
questão corretamente.
No entanto, há riscos significantes associados à execução de código arbitrário:
código malicioso pode danificar os recursos computacionais, roubar informações privativas, monitorar as atividades do usuário ou conseguir acesso para disparar ataques futuros (STONY BROOK UNIVERSITY, 2002). Conforme ressaltado por Stack, Eide e Lepreau
(2003), o ambiente de execução deve ser seguro e robusto, não permitindo que um programa malicioso consuma excessivos recursos da máquina. Recursos principais incluem
tempo de processador, memória, tempo de disco e utilização da rede.
1.1 Objetivos do trabalho
17
Além de serem utilizados em concursos de programação, alguns softwares desse tipo,
a notar (UNIVERSIDAD DE VALLADOLID, [2004?]) e (URAL STATE UNIVERSITY, [2004?])
estão disponı́veis na Internet para que qualquer pessoa possa, a tı́tulo de aprimorar habilidades de programação, treinar para competições ou divertir-se, resolver problemas e
submetê-los para correção. Os softwares conhecidos apresentam recursos de segurança
para proteção contra código malicioso, e normalmente compilam e executam, com poucas
restrições, programas escritos em C, C++, Java ou Pascal. Além disso, os softwares são
criados para ambientes Unix / Linux.
Não se tem conhecimento de implementação de um software similar que opere em
ambiente Windows e/ou aceite submissão de programas escritos em linguagem C#. A
proposta desse trabalho é a criação de um sistema de correção automatizada, com recursos
de segurança similares aos sistemas existentes e que possa ser executado em ambiente
Windows para compilação e execução de código escrito em C#. Ainda assim, o sistema
deve apresentar uma arquitetura expansı́vel para que seja possı́vel adicionar capacidade
de compilação e execução de código escrito em outras linguagens.
Para gerenciamento do sistema de correção, propõe-se um sistema de informação
em ambiente web que será responsável pela parte do gerenciamento de usuários, problemas
disponı́veis para correção, competições e pela geração de relatórios diversos.
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO
O objetivo deste trabalho é implementar um sistema que faça a correção automática
de questões em provas de concursos de programação para programas escritos em linguagem
C# .NET.
Os objetivos especı́ficos do trabalho são:
a) implementar um serviço do Windows que faça a correção das questões submetidas para avaliação;
b) projetar uma arquitetura expansı́vel de forma que possam ser adicionados
módulos para compilação de programas escritos em outras linguagens e a utilização de outros sistemas gerenciadores de banco de dados;
c) criar um ambiente de execução seguro, onde se possa executar código arbitrário
enviado por qualquer programador, sem comprometer a segurança e estabilidade
do sistema e do computador;
d) utilizar as opções de segurança fornecidas pelo .NET Framework;
e) criar uma interface web para o sistema.
1.2 Estrutura do trabalho
18
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
O capı́tulo 2 apresenta a fundamentação teórica sobre competições de programação,
.NET e web standards.
O desenvolvimento do trabalho, incluindo requisitos, especificação, implementação
de discussão dos resultados encontra-se no capı́tulo 3.
O capı́tulo 4 apresenta as conclusões obtidas e sugere extensões do presente trabalho.
19
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este capı́tulo apresenta fundamentação teórica pertinente ao tema de estudo do
trabalho desenvolvido. A seção 2.1 apresenta de forma sucinta algumas competições de
programação. A seção 2.2 versa sobre o .NET Framework e tecnologias afins, focando no
aspecto de segurança que é fundamental para este trabalho (seção 2.2.1), e apresenta os
conceitos do ASP.NET (seção 2.2.2) e serviços do Windows (seção 2.2.3). Segue-se uma
seção sobre web standards, utilizado no desenvolvimento do sistema web deste trabalho
(seção 2.3) e finaliza-se com uma seção sobre trabalhos correlatos (seção 2.4).
2.1 COMPETIÇÕES DE PROGRAMAÇÃO
As três competições de programação mais importantes, segundo Skiena e Revilla
(2003, p. 339), são a ACM International Collegiate Programming Contest (ACM ICPC),
a International Olympiad in Informatics (IOI) e o TopCoder Challenge.
A ACM ICPC é a maior competição de programação do mundo e é uma atividade
da ACM que dá a oportunidade a alunos de faculdade de demonstrarem e aguçarem
sua capacidade de resolver problemas e habilidades em computação (GUPTA, 2004). As
equipes são formadas por três pessoas, e podem utilizar apenas um computador. A
competição dura cinco horas e contém cerca de oito problemas. A equipe campeã é
aquela que resolver corretamente o maior número de problemas.
A IOI é uma competição para estudantes do ensino médio e seus objetivos são um
tanto quanto diferentes dos da ACM ICPC. Os participantes desse evento normalmente
não definiram a carreira que desejam seguir ainda. O evento procura estimular o interesse
dos participantes na área de informática. Já o TopCoder Challenge é uma competição
aberta a todos os programadores. A maior atração dessa competição são prêmios em
dinheiro. Além disso, a companhia TopCoder usa as competições para identificar programadores promissores e fornece essas informações para seus clientes (SKIENA; REVILLA,
2003, p. 354).
2.2 .NET Framework
20
2.2 .NET FRAMEWORK
O .NET Framework é, segundo Microsoft Corporation (2002b), uma das tecnologias
centrais da plataforma .NET, e provê a estrutura de tempo de compilação e tempo de
execução necessária para criar e executar aplicações baseadas em .NET.
Microsoft Corporation (2004b) explica que o .NET é uma nova plataforma computacional que simplifica o desenvolvimento de aplicativos em ambientes distribuı́dos e que
foi projetada para satisfazer os seguintes objetivos:
a) prover um ambiente de programação orientado a objetos consistente, independente se o código é armazenado e executado localmente, executado localmente
mas distribuı́do pela Internet ou executado remotamente;
b) prover um ambiente de execução que minimiza os conflitos de distribuição e de
versões de software;
c) prover um ambiente de execução que garanta a execução segura de código;
d) prover um ambiente de execução que elimine os problemas de desempenho de
ambientes interpretados e linguagens de script;
e) tornar a experiência do desenvolvedor consistente através dos vários tipos de
aplicações, como aplicações baseadas em Windows e na web;
f) utilizar padrões da indústria para todas as formas de comunicação, garantindo
que código baseado no .NET Framework possa integrar com qualquer outro
código.
O .NET Framework tem dois componentes principais: o Common Language Runtime (CLR) e a biblioteca de classes (MICROSOFT CORPORATION, 2004b). O CLR gerencia o código em tempo de execução e provê os serviços principais, como gerenciamento
de memória e de linhas de execução (Threads), compilação e outros serviços do sistema,
além de promover a segurança e robustez do código. O código compilado para execução no
CLR é chamado código gerenciado (Managed code), enquanto código que não executa no
CLR é chamado código não-gerenciado (Unmanaged code). A biblioteca de classes é uma
coleção de código pré-escrito para executar uma grande variedade de tarefas, incluindo
exibir janelas e formulários, acessar os serviços básicos do Windows, ler e escrever em
arquivos, acessar a rede e a Internet e acessar fontes de dados. A fig. 2.1 mostra a relação
entre o CLR e a biblioteca de classes com as aplicações e com o sistema de um modo
geral.
Para que o CLR possa prover serviços ao código gerenciado, os compiladores devem
2.2 .NET Framework
21
emitir metadados, que descrevem os tipos, membros e referências no código. O metadados
é armazenado juntamente com o código. O CLR utiliza o metadados para localizar e
carregar classes, posicionar as instâncias dos objetos na memória, resolver as invocações
de métodos, gerar código nativo, garantir a segurança e definir os limites do contexto de
execução.
Fonte: Microsoft Corporation (2004b).
Figura 2.1 – Interação do .NET Framework com os componentes do sistema operacional.
O processo de execução do código gerenciado engloba as seguintes etapas (MICROSOFT CORPORATION, 2004b):
a) usar um compilador para converter o código-fonte em Microsoft Intermediate
Language (MSIL), que é um conjunto de instruções independentes da arquitetura da CPU e que pode ser eficientemente convertido em código nativo.
Quando um compilador produz código MSIL também é emitido o metadados;
b) antes de ser executado, o código MSIL deve passar por um compilador just-intime (JIT) para ser convertido em código nativo, que é o código especifico para
2.2 .NET Framework
22
a arquitetura da CPU onde o programa e o compilador JIT estão executando.
A compilação JIT leva em conta o fato de que alguma parte do código pode
vir a não ser executada. Ao invés de converter todo o código MSIL em código
nativo, a conversão é feita conforme necessidade e o código nativo resultante é
armazenado na memória para chamadas subseqüentes. Antes de ser compilado
em código nativo, o código MSIL deve passar por um processo de verificação,
que examina o código MSIL e o metadados para descobrir se o código é type
safe 1 . Durante a verificação há uma inspeção para determinar se o código MSIL
foi gerado corretamente. Se a verificação determinar que o código não é type
safe, uma exceção é gerada no momento da execução;
c) depois de ter passado pelo processo de compilação JIT e geração de código nativo, o código pode ser executado. Cada método do programa deve passar pelo
processo de compilação JIT na primeira vez que é invocado. O processo de compilação JIT e execução é repetido até que o programa seja finalizado. Durante a
execução, o CLR provê serviços como identificação e destruição de objetos sem
referências (Garbage collection), segurança, interoperabilidade com código nãogerenciado, suporte a depuração entre várias linguagens e um suporte avançado
a distribuição e controle de versões.
Conforme Robinson et al. (2001), o código MSIL resultante da compilação é armazenado em uma unidade lógica chama assembly. Uma assembly é auto-descritı́vel,
e consiste do metadados que descreve a assembly, metadados que descrevem os tipos e
métodos, código MSIL e recursos. Essas partes podem residir em um único arquivo ou
espalhadas por vários arquivos. No caso de uma assembly com mais de um arquivo, o
metadados que descreve a assembly contém referências para os demais arquivos, como
ilustrado na fig. 2.2.
Durante a execução, o CLR carrega as assemblies em um application domain.
Application domains são uma unidade de processamento que o CLR emprega para prover
isolamento entre as aplicações. Processos tem sido utilizados para isolar aplicações, sendo
cada aplicação carregada em um processo separado (MICROSOFT CORPORATION, 2004b).
Apesar de processos serem ideais para isolamento de aplicações, a comunicação e a troca
de contexto entre processos é custosa em termos de desempenho. Robinson et al. (2001)
explicam que o CLR divide um processo em múltiplos application domains, o que permite
isolar os componentes sem o impacto de desempenho associado com a comunicação entre
processos.
1
Código que acessa apenas as regiões de memória que é autorizado a acessar.
2.2 .NET Framework
23
Fonte: Robinson et al. (2001, p. 486–7).
Figura 2.2 – Estrutura de uma assembly.
2.2.1 SEGURANÇA DE APLICAÇÕES .NET
O .NET Framework oferece recursos de segurança de código e segurança de usuários
que ajudam a lidar com as preocupações de segurança sobre código móvel (MICROSOFT
CORPORATION, 2004b). Segundo Watkins e Lange (2002, tradução nossa), “Segurança
baseada no código [. . . ] é um recurso fundamental para permitir segurança sobre código
móvel. Código móvel pode ser acessado e executado por qualquer número de usuários,
desconhecidos durante o desenvolvimento.”.
As duas formas de segurança complementam uma a outra. Meier et al. (2003,
tradução nossa) explica que a segurança de usuários responde a questão “Quem é o usuário
e o que ele pode fazer?”enquanto que a segurança de código lida com “De onde vem o
código, quem escreveu este código e o que o código pode fazer?”. A implementação de
segurança de usuários no .NET Framework é chamada de segurança baseada em funções
(Role-based security), e a segurança de código é chamada de segurança de acesso do código
(Code access security).
2.2.1.1 SEGURANÇA BASEADA EM FUNÇÕES
A segurança baseada em funções utiliza os conceitos de usuários e funções. Por
exemplo, uma aplicação pode impor um valor limite para um caixa do banco processar uma
2.2 .NET Framework
24
transação, e permitir que o gerente processe transações de qualquer valor. A segurança
baseada em funções é implementada utilizando-se os objetos Principal e Identity (MEIER
et al., 2003). O objeto identity representa a identidade do usuário autenticado. O objeto
principal representa o contexto de segurança da thread em execução, e contém um objeto
identity e a definição das funções do usuário.
O .NET Framework expõe um objeto chamado PrincipalPermission que permite
especificar que uma classe/método só pode ser invocado por um usuário e/ou por uma
função especı́ficos. O quadro 2.1 demonstra um exemplo de uma classe que só pode ser
chamada por usuários que façam parte da função “Managers”.
[PrincipalPermission(SecurityAction.Demand, Role="Managers")]
public sealed class OnlyManagersCanCallMe {
}
Fonte: Meier et al. (2003).
Quadro 2.1 – Exemplo de uso de segurança baseada em funções.
2.2.1.2 SEGURANÇA DE ACESSO DO CÓDIGO
Segurança de acesso do código é um recurso do .NET Framework que gerencia o
código dependendo do nı́vel de confiança no mesmo. O CLR começa a executar o código
de uma assembly apenas se ele confiar no código o suficiente para permitir sua execução.
Se o código não for confiável o suficiente para ser executado, ou se for executado mas
tentar executar uma operação para o qual não tem privilégios, uma exceção é gerada
(ROBINSON et al., 2001).
Segundo Meier et al. (2003), a segurança de acesso do código consiste dos seguintes
elementos:
a) código: todo código gerenciado está sujeito às polı́ticas de segurança de acesso
do código. Quando uma assembly é carregada, recebe um conjunto de permissões que determinam que tipo de recursos pode acessar e quais operações
privilegiadas pode executar. O sistema de segurança usa evidências para autenticar o código e conceder permissões;
b) evidência: são as propriedades do código utilizadas pelo CLR para conceder permissões. Evidências relacionadas a localização incluem: (i) Uniform Resource
Locator (URL) de origem; (ii) site de origem; (iii) diretório da aplicação; (iv)
zona de origem (computador local, intranet, internet). Evidências relacionadas
2.2 .NET Framework
25
ao autor do código incluem: (i) strong name (uma forma de assinar digitalmente as assemblies usando uma chave privada); (ii) certificado digital X.509
da organização que publicou o código; (iii) valor hash da assembly;
c) permissões: representam os direitos do código de acessar recursos protegidos e
executar operações privilegiadas. Por exemplo, o código deve ter a permissão
FileIOPermission para acessar o sistema de arquivos, e RegistryPermission para
acessar o registro do sistema operacional. Uma listagem das permissões prédefinidas do .NET Framework pode ser encontrada no anexo A;
d) polı́ticas: as polı́ticas de segurança de acesso do código são configuradas pelos administradores e determinam as permissões concedidas às assemblies. Essas polı́ticas podem ser estabelecidas em quatro nı́veis: corporação, máquina,
usuário e a application domain. As polı́ticas de segurança são mantidas em
arquivos de configuração em formato Extensible Markup Language (XML);
e) grupos de código: cada nı́vel de polı́tica de segurança contém uma coleção
hierárquica de grupos de código. Os grupos de código têm uma condição de
membro, que especificam quais assemblies fazem parte do grupo, e um conjunto de permissões, que contém as permissões que serão concedidas a todas as
assemblies cuja evidências combinem com a condição de membro do grupo.
A fig. 2.3 apresenta uma visão simplificada da segurança de acesso do código.
Primeiramente a assembly é carregada. O CLR coleta evidências da assembly e as
avalia contra a polı́tica de segurança. A saı́da dessa operação é um ou mais conjuntos de
permissões que definem as permissões concedidas para a assembly. Durante a execução,
o código que acessa recursos ou realiza operações privilegiadas faz uma demanda de permissões. Todas as classes do .NET Framework que acessam recursos protegidos exigem
permissões adequadas. Por exemplo, a classe FileStream exige a permissão FileIOPermission, e a classe Registry exige a permissão RegistryPermission (MEIER et al., 2003).
As polı́ticas de segurança são avaliadas em cada nı́vel (corporação, máquina,
usuário, application domain), e o conjunto de permissões que cada nı́vel concedeu é combinado usando uma operação de intersecção. Uma intersecção garante, por exemplo,
que um usuário não possa conceder permissões adicionais que não foram concedidas pelo
administrador da corporação.
Conforme Watkins e Lange (2002), cada nı́vel das polı́ticas de segurança tem sua
própria árvore de grupos de código, que expressam as configurações de cada nı́vel. O
conjunto de grupos de código é organizado na forma de uma árvore. Sempre que a condição
2.2 .NET Framework
26
de membro em um nodo da árvore for satisfeito, o conjunto de permissões daquele nodo
é concedido à assembly e os nodos filhos são examinados. Caso a condição de membro
não seja satisfeita, o conjunto de permissões não é concedido e os nodos filhos não são
examinados.
Fonte: Meier et al. (2003).
Figura 2.3 – Visão simplificada da segurança de acesso do código.
A fig. 2.4 ilustra os grupos de código de um nı́vel da polı́tica de segurança. Uma
assembly com origem da URL www.monash.edu.au seria avaliada da seguinte maneira: O
nodo raı́z tem uma condição de membro “All code”, que é satisfeita por qualquer código.
O conjunto de permissões (PSet, na figura) associado ao nodo, “Nothing”nesse caso, é
concedido à assembly e a avaliação continua com os nodos filhos. O próximo nodo examinado exige que o código seja carregado do computador local. Como essa condição não
é satisfeita, o conjunto de permissões desse nodo não é concedido, e qualquer nodo filho é
ignorado. O nodo seguinte tem uma condição de membro que exige que o código seja carregado da Internet. Como essa condição é verdadeira, o código recebe o conjunto de permissões “Internet”e a verificação prossegue com os nodos filhos. O código não teve origem
2.2 .NET Framework
27
da URL www.microsoft.com, então o conjundo de permissões “MSPSet”não é concedido.
O conjunto de permissões “MonashPSet”é concedido pelo fato do código ter origem da
URL www.monash.edu.au. A condição do nodo filho não é satisfeita, pois o código não
tem um strong name de m-Commerce. O último nodo a ser avaliado requer que o código
seja originário da intranet. Essa condição não é satisfeira e as permissões não são concedidas. Todos os conjuntos de permissões concedidos dentro do mesmo nı́vel da polı́tica
de segurança são combinados usando uma operação de união. Ao final do processo, as
permissões da assembly são o resultado de ∪permissões {N othing, Internet, M onashP Set}.
Fonte: Watkins e Lange (2002).
Figura 2.4 – Grupos de código de um nı́vel da polı́tica de segurança.
2.2.2 ASP.NET
O ASP.NET é uma plataforma de programação construı́da sobre o .NET Framework e utilizada para criar aplicações para web. O ASP.NET mantém o mesmo modelo
de desenvolvimento do Active Server Pages (ASP) mas contém muitas inovações que permitem fácil separação da funcionalidade principal de uma aplicação e de sua apresentação
(MICROSOFT CORPORATION, 2002a; REILLY, 2002).
Ao mesmo tempo que o ASP é poderoso e simples de usar, sua arquitetura apresenta
alguns problemas, conforme notado por Butler e Caudill (2002):
2.2 .NET Framework
28
a) o código ASP fica complicado muito facilmente, devido à mistura de códigos de
servidor e de cliente, e a forma desestruturada de desenvolver um programa;
b) o ASP não apresenta um real modelo de componentes, o que exige a necessidade
de se escrever código para tudo que se deseja fazer;
c) o código do programa fica misturado com o código de apresentação, o que gera
problemas quando programadores e designers trabalham juntos. Também é
difı́cil suportar vários tipos de clientes e internacionalização de aplicações;
d) a combinação ASP e Internet Information Services (IIS) não é sempre a plataforma mais confiável. A tolerância a falhas do ASP é relativamente baixa e um
programa mal escrito e ineficiente pode facilmente prejudicar o desempenho de
todo o servidor;
e) colocar em produção aplicações ASP que utilizam componentes Component Object Model (COM) é difı́cil, visto que os componentes COM precisam ser registrados e são bloqueados pelo sistema operacional quando em uso. Gerenciar
aplicações, especialmente aquelas que utilizam vários servidores, tem se mostrado um grade desafio.
Mesmo que o ASP.NET apresente um modelo de desenvolvimento similar ao do
ASP, não constitui apenas uma nova versão. É uma nova plataforma que contém melhorias
nos aspectos de segurança, escalabilidade e estabilidade (MICROSOFT CORPORATION,
2004b).
Entre os vários benefı́cios do ASP.NET e de sua nova arquitetura, Butler e Caudill
(2002), Reilly (2002), Parihar et al. (2002) destacam:
a) integração com o .NET Framework ;
b) o uso do CLR em tempo de execução provê uma série de serviços para as
aplicações;
c) independência de linguagem, inclusive uso de várias linguagens em uma mesma
aplicação;
d) código compilado, oposto ao ASP que é interpretado.;
e) melhor desempenho, devido ao código compilado. Como todas aplicações .NET,
o código-fonte é compilado em código intermediário, e a compilação para código
nativo ou binário dá-se no momento da execução;
f) um modelo de objetos rico para os desenvolvedores, simplificando o desenvolvimento e diminuindo a quantidade de código necessário nas páginas;
g) uso extensivo de componentes. Além de vários componentes embutidos na plataforma, é possı́vel criar componentes personalizados, que podem ser substituı́dos
2.2 .NET Framework
29
em tempo de execução;
h) possibilidade de utilização de toda a biblioteca de classes do .NET Framework
em qualquer aplicação;
i) a distribuição de aplicações simplificada, bastando copiar os programas e componentes para o local desejado; não há necessidade de instalação ou registro de
componentes;
j) as configurações da aplicação ficam todas em um arquivo XML, que pode ser
facilmente estendido e modificado.
Um dos componentes fundamentais do ASP.NET é o Web Form. Um Web Form é
a página web que os usuários visualizam no navegador, e é uma página dinâmica que pode
acessar recursos do servidor (arquivos, banco de dados, etc). Para criar essas páginas são
utilizados controles do ASP.NET para criar os elementos de interface mais comuns. A
possibilidade de se utilizar componentes embutidos na plataforma, ou de criar componentes personalizados simplifica a codificação das páginas (MICROSOFT CORPORATION,
2004b). Segundo Anderson et al. (2001, p. 150), um Web Form não difere muito de uma
página web tradicional e também é criado como resultado de uma requisição Hypertext
Transport Protocol (HTTP). O servidor cria a página, envia os dados para o cliente, fecha
a conexão HTTP e descarta qualquer informação sobre a requisição.
Quando um Web Form é requisitado do servidor os componentes que formam
aquela página são compilados em uma unidade (ANDERSON et al., 2001, p. 142). Os
componentes podem ser:
a) o arquivo .aspx sendo requisitado;
b) classes contendo código para aquela página;
c) qualquer controle do usuário utilizado pela página.
No ASP.NET uma página é realmente um objeto executável que produz saı́da
Hypertext Markup Language (HTML), e também um objeto derivado da classe pré-definida
Page, que, como qualquer outro objeto, tem uma série de estágios de processamento
(inicialização, processamento, limpeza).
O ASP.NET é baseado em eventos. O modelo de eventos primário dos Web Forms
é gerar eventos no cliente e processá-los no servidor. O processo gera uma nova requisição
HTTP para a mesma página para que a execução ocorra no servidor. Esse processo é
conhecido como viagem de ida e volta ao servidor (Server round-trip).
Como o mecanismo de comunicação HTTP é sem informação de estado (Stateless),
2.2 .NET Framework
30
o servidor não guarda nenhuma informação sobre as requisições anteriores do cliente. Isso
significa que os valores dos campos de formulários e o estado dos objetos instanciados pela
página são perdidos. Para lidar com essa natureza, a arquitetura dos Web Forms utiliza
um conceito chamado ViewState. O ViewState contém o estado de todos os controles na
página, e é mantido durante os server round-trips.
2.2.3 SERVIÇOS DO WINDOWS
Os serviços do Windows (Windows Services) são aplicações que executam como
processos em segundo plano e podem ser iniciadas automaticamente quando o sistema
operacional inicia. Estas aplicações são ideais para tarefas que não requerem interação com
o usuário (MICROSOFT CORPORATION, 2003). Além disso, podem ser criadas utilizando
qualquer linguagem .NET, visto que a biblioteca de classe do .NET Framework contêm
classes que possibilitam criar, instalar, implementar e gerenciar serviços do Windows.
Um serviço do Windows pode ser instalado em qualquer computador rodando Windows Server 2003, Windows XP, Windows 2000 ou Windows NT, e executa continuamente,
até que um usuário o pare, ou até que o computador seja desligado. Tarefas comuns realizadas por serviços do Windows são o gerenciamento de conexões de redes e monitoramento
do acesso e utilização de recursos.
Robinson et al. (2001) explica que três tipos de programas são necessários para
operar um serviço: o programa do serviço propriamente dito, um programa para controle
do serviço e um programa de configuração do serviço. Além desses programas, o Service
Control Manager (SCM) exerce uma função muito importante. O SCM é uma parte do
sistema operacional que se comunica diretamente com os serviços e envia requisições para
que os serviços sejam iniciados, parados, suspensos e reiniciados.
O programa do serviço implementa a funcionalidade do serviço, e contém três
partes: uma função main (o ponto de inı́cio do programa), uma função service-main e
um handler. A função main deve registrar junto ao SCM o ponto de entrada da função
service-main de cada serviço existente no programa, de forma que o SCM possa chamar
essa função quando o serviço deve ser iniciado. A função service-main implementa a
funcionalidade do serviço e tem a responsabilidade de registrar um handler junto ao SCM.
Este handler, por sua vez, é responsável por tratar eventos gerados pelo SCM. Eventos
gerados pelo SCM incluem parar, suspender, reiniciar o serviço ou executar alguma ação
personalizada.
2.3 Web standards
31
O programa de controle de serviço permite que o estado de um serviço seja controlado. Este programa interage com o SCM para enviar códigos de controle aos serviços,
cujo handler deve reagir aos eventos. Também pode-se descobrir o estado atual de cada
serviço.
Um serviço não pode simplesmente ser copiado para um servidor, pois precisam
de configurações especiais no registro do sistema operacional. Esse é o propósito do programa de configuração do serviço. Um serviço pode ser configurado para iniciar de forma
automática, manual, ou não iniciar. Também deve ser configurado de forma a ser executado sob o contexto de segurança de uma conta de usuário, e o sistema operacional deve
ser informado de quais outros serviços cada serviço depende. Além dessas configurações,
um programa de configuração de serviço pode ser usado para mudar os parâmetros de
configuração ou para remover o serviço.
O .NET Framework provê um namespace chamado System.ServiceProcess, que
contém classes necessárias para implementar as três partes de um serviço:
a) para implementar um programa de serviço extende-se, por meio de herança, a
classe ServiceBase;
b) usa-se a classe ServiceController para implementar um programa de controle
de serviço;
c) as classes ServiceProcessInstaller e ServiceInstaller são usadas para instalar e
configurar os serviços.
O diagrama de seqüência da fig. 2.5 ilustra a interação entre o SCM, o serviço
implementado, a classe ServiceBase e os métodos nativos da Application Programming
Interfaces (API) do sistema operacional quando o serviço é iniciado e finalizado.
2.3 WEB STANDARDS
Web standards é um conjunto de especificações desenvolvidas pelo World Wide Web
Consortium (W3C) para resolver vários dos problemas relacionados ao desenvolvimento
para Internet. Zeldman (2003) cita, entre outros: (i) custos elevados de desenvolvimento e
atualização de sites; (ii) custos elevados com hospedagem, devido à enorme quantidade de
código nas páginas; (iii) incompatibilidade entre diferentes versões do mesmo navegador;
(iv) incompatibilidade entre navegadores diferentes. A padronização é uma questão importante em qualquer área. Os navegadores da web finalmente estão suportando padrões,
então faz sentido utilizá-los corretamente.
2.3 Web standards
32
Fonte: Robinson et al. (2001, p. 1033).
Figura 2.5 – Interação dos componentes durante uma requisição de inı́cio e finalização de um
serviço.
Conforme Zeldman (2003, p. 53–6), os web standards resolvem estes problemas
dividindo qualquer página da web em três componentes:
a) estrutura: a estrutura de uma página é representada por uma linguagem de
marcação que contém texto formatado de acordo com seu significado estrutural. As linguagens de marcação utilizadas com web standards são Extensible
Hypertext Markup Language (XHTML) e XML;
b) apresentação: linguagens de apresentação (Cascading Style Sheets (CSS) 1 e
2) formatam a página, controlando a tipografia, posicionamento dos elementos,
cores, etc;
c) comportamento: Um modelo de objetos padrão (Document Object Model
(DOM)) e uma versão padronizada de JavaScript (ECMAScript) permitem que
sejam criados comportamentos e efeitos que funcionam em diferentes plataformas e navegadores.
2.4 Trabalhos correlatos
33
Alguns benefı́cios do uso de web standards, segundo Zeldman (2003, p. 42–3) incluem: redução de custos; suporte a múltiplos navegadores e plataformas; suporte a
dispositivos não tradicionais, como telefones celulares, computadores de mão, leitores de
escrita Braille e leitores de tela; separação do estilo da estrutura e comportamento; uso
de marcação baseada em XML; garantia de funcionalidade em navegadores e dispositivos
que ainda não foram criados ou mesmo imaginados.
2.4 TRABALHOS CORRELATOS
A Universidade de Valladolid (UNIVERSIDAD DE VALLADOLID, [2004?]) e a Universidade do Estado de Ural (URAL STATE UNIVERSITY, [2004?]) apresentam um sistema
de juiz on-line para correção de problemas em concursos de programação. Ambos os
sistemas rodam em plataforma Linux e aceitam programas escritos em C, C++, Java e
Pascal, além de apresentarem um vasto conjunto de problemas que podem ser resolvidos
e submetidos para correção. Os usuários podem submeter os programas por e-mail ou
pelo site.
O BOCA (SILVA, 2003) é sistema desenvolvido em linguagem PHP: Hypertext Preprocessor (PHP) pela PUC-SP e utilizado para controlar uma competição de programação.
O software em si não faz correção dos programas, mas serve como uma interface para as
equipes enviarem seus programas, receberem as respostas das correções e também se comunicarem com os juı́zes.
O Bees (STACK; EIDE; LEPREAU, 2003) é um ambiente de execução seguro e flexı́vel
para executar código móvel escrito em Java. Códigos móveis possibilitam que usuários
executem programas arbitrários em máquinas remotas, mas normalmente não podem fazer algo muito útil sem um rico ambiente de execução, e nenhum administrador instalaria
tal ambiente se não houver um completo controle sobre os recursos consumidos e acessados
pelo código remoto. O Bees trabalha com um mecanismo de autenticação e autorização
flexı́veis que permite que os usuários definam o processamento e os protocolos usados para
comunicar com máquinas remotas, ao mesmo tempo em que permite que os administradores especifiquem as formas de comunicação e os recursos que podem ser utilizados em
tais máquinas.
34
3
DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA
Este capı́tulo detalha inicialmente os requisitos do sistema desenvolvido (seção 3.1),
a especificação do sistema (seção 3.2), a implementação, ilustra o sistema em funcionamento (seção 3.3) e apresenta os resultados obtidos (seção 3.4).
3.1 REQUISITOS PRINCIPAIS DO PROBLEMA A SER TRABALHADO
A tab. 3.1 apresenta os requisitos funcionais do sistema desenvolvido. Os requisitos
não funcionais do sistema são apresentados na tab. 3.2.
Tabela 3.1 – Requisitos funcionais do sistema
No
Requisito
RF01 O sistema web deve permitir cadastro e alteração de dados dos
usuários;
RF02 O sistema web deve manter um banco de dados com os problemas que
o sistema pode resolver, organizados por categoria;
RF03 Os usuários podem enviar o código-fonte com a solução de qualquer
problema apresentado para que seja corrigido;
RF04 O sistema web deve mostrar aos usuários relatórios com informações
sobre os programas submetidos para correção, com informações sobre
o resultado da correção (solução correta, erro de compilação, solução
incorreta);
RF05 Os usuários podem receber por e-mail o resultado dos problemas submetidos para correção;
RF06 O sistema web deve gerar um ranking de usuários de acordo com o
número de problemas corretamente resolvidos;
RF07 O sistema web deve gerar relatórios estatı́sticos com a quantidade de
soluções corretas e incorretas apresentadas para cada problema cadastrado;
RF08 O administrador do sistema pode cadastrar, alterar e excluir categorias
de problemas disponı́veis para correção automática;
RF09 O administrador do sistema pode cadastrar, alterar e excluir os problemas disponı́veis para correção automática;
RF10 O administrador pode criar competições, especificando um conjunto
de problemas e um perı́odo de tempo para cada competição;
RF11 Os usuários e o administrador do sistema podem efetuar logon no
sistema informando credenciais (login e senha).
3.1 Requisitos principais do problema a ser trabalhado
Tabela 3.2 – Requisitos não funcionais do sistema
No
Requisito
RNF01 Os problemas submetidos para correção devem ter no código-fonte
a identificação do usuário, do problema e opcionalmente da competição;
RNF02 O sistema de correção deve prover um ambiente seguro, garantindo
que os programas enviados pelos usuários não executarão funções
indesejadas ou que possam comprometer a segurança ou estabilidade
do sistema;
RNF03 Os programas dos usuários têm um limite de uso de tempo de processador e memória, especı́ficos para cada problema e definidos pelo
administrador;
RNF04 O sistema deve compilar os programas submetidos usando o compilador de C# disponı́vel com o .NET Framework SDK;
RNF05 O sistema deverá executar em Windows 2000 Server ou Windows
Server 2003, com .NET Framework 1.1 ou 2.0;
RNF06 O único custo de software aceitável para execução do sistema é a
licença do sistema operacional;
RNF07 O sistema deverá ser extensı́vel, permitido adição de módulos para
compilação de códigos-fonte escritos em outra linguagem;
RNF08 O sistema web deverá usar web standards, e ser compatı́vel com qualquer navegador moderno;
RNF09 O sistema web deverá ter uma seção de ajuda explicando como a
avaliação automática funciona, a quais restrições os programas estarão sujeitos e algumas instruções de como os programas devem ser
escritos para poderem ser avaliados por este sistema;
RNF10 O sistema de correção não precisa estar executando para o usuário
poder enviar um programa; nesse caso a correção será postergada até
o serviço ser iniciado;
RNF11 Todo o acesso ao banco de dados deve ser feito através de procedimentos armazenados;
RNF12 As conexões ao banco de dados devem utilizar segurança integrada
do Windows
35
3.2 Especificação
36
3.1.1 DIAGRAMAS DE CASOS DE USO
A fig. 3.1 apresenta um modelo do sistema web através de um diagrama de casos
de uso. A especificação dos cenários encontra-se no apêndice A.
Figura 3.1 – Diagrama de casos de uso do sistema web.
A fig. 3.2 apresenta um modelo do sistema de correção através de um diagrama de
casos de uso. A especificação dos cenários encontra-se no apêndice B.
3.2 ESPECIFICAÇÃO
A especificação do sistema foi feita utilizando-se a notação Unified Modeling Language (UML). Segundo Object Management Group (2004, tradução nossa), “UML é a
forma com que o mundo modela não apenas a estrutura, o comportamento e a arquitetura
das aplicações, mas também os processos de negócios e estruturas de dados”. Para modelagem da estrutura de dados foi utilizado o Modelo Entidade-Relacionamento (MER).
3.2 Especificação
37
Figura 3.2 – Diagrama de casos de uso do sistema de correção.
A ferramenta utilizada para especificação e modelagem de dados foi o Sybase PowerDesigner. O PowerDesigner combina modelagem de aplicações através de UML, técnicas
de modelagem de processos de negócio e técnicas tradicionais de modelagem de banco de
dados. Mais informações podem ser encontradas em (SYBASE INC., 2004).
Figura 3.3 – Componentes do sistema.
O sistema está dividido em vários componentes, conforme ilustrado na fig. 3.3.
A arquitetura foi inspirada em um padrão de projeto (Design Pattern) conhecido como
Model-View-Controler (MVC). Esse padrão adiciona uma camada intermediária que separa a lógica que controla o estado e o comportamento da interface com o usuário da
3.2 Especificação
38
lógica que controla como os dados são adquiridos e processados. O componente Model
(seção 3.2.1) e o componente ReportModel (seção 3.2.2) implementam a parte Model desse
padrão. A parte View é implementada pelo componente Web (seção 3.2.6) e o Controller
é implementado pelos componentes BLL (seção 3.2.5) e JudgeServer (seção 3.2.7). Além
desses, os componentes DALFactory (seção 3.2.4) e IDAL (seção 3.2.3) representam uma
camada de persistência. As sub-seções seguintes apresentam em maiores detalhes cada
componente.
3.2.1 COMPONENTE MODEL
O componente Model contém as entidades de negócio da aplicação. As entidades
de negócio armazenam dados utilizados para representar entidades de negócio do mundo
real, como produtos ou pedidos. Existem várias formas de representar essas entidades
em uma aplicação – por exemplo, XML, DataSets ou classes de orientação a objetos
personalizadas (CROCKER; OLSEN; JEZIERSKI, 2002).
Neste trabalho as entidades de negócio foram implementadas na forma de classes
personalizadas. A fig. 3.4 apresenta o diagrama de classes do componente Model. No diagrama estão representadas as classes e seus relacionamentos, juntamente com os atributos
de cada classe. Os métodos construtores e as propriedades get e set para os atributos não
estão representados.
A classe CategoryInfo representa uma categoria de problemas disponı́vel no sistema. Os problemas são representados pela classe ProblemInfo. Dessa classe, os atributos
maxUserCPU, maxKernelCPU e maxMemory representam, respectivamente, a quantidade máxima de tempo de processador em modo de usuário, em modo privilegiado e
a quantidade máxima de memória que um programa pode consumir. Cada problema
agrega um conjunto de entrada e saı́da (representados pela classe IOSetInfo) de exemplo, e pelo menos um conjunto de avaliação. Os dados de um usuário são representados
pela classe UserInfo. O atributo userSubmitID, no formato de um Globally Unique Identifier (GUID), é utilizado para identificar o usuário quando um programa é submetido.
Um exemplo de GUID pode ser encontrado no quadro 3.8. A classe ContestInfo representa
as competições, que agregam vários usuários e vários problemas. Cada programa enviado
para correção é representado pela classe SubmissionInfo. Uma submissão está relacionada
a um usuário, a um problema e opcionalmente a uma competição. Uma linguagem de
programação (classe LanguageInfo) também está associada a uma submissão. O atributo
assembly da classe LanguageInfo indica a assembly em que o módulo da linguagem de
3.2 Especificação
39
programação está localizado, e o atributo type representa o nome completo da classe.
Figura 3.4 – Diagrama de classes do componente Model.
3.2.2 COMPONENTE REPORTMODEL
O componente ReportModel é uma extensão do componente Model e contém classes utilizadas na geração de relatórios e estatı́sticas. A fig. 3.5 ilustra o diagrama de
classes do componente ReportModel. Cada classe desse componente agrega uma entidade
de negócio e contém algumas informações estatı́sticas. A classe StatsReportInfo agrega
uma instância da classe ProblemInfo e contém informações de quantas soluções foram
apresentadas para o problema, quantas estão corretas, quantas são inválidas e quantos
usuários resolveram o problema. A classe AuthorRankInfo contém informações de quantas soluções um usuário apresentou para correção, quantas estão corretas, quantas são
inválidas e quantos problemas esse usuário resolveu. A classe CategoryListInfo agrega
3.2 Especificação
40
uma categoria e guarda informações do número de problemas dessa categoria, e quantos
desses problemas foram resolvidos pelo usuário autenticado no momento. De forma similar, a classe ProblemListInfo agrega um problema, e contém dados de quantos usuários
resolveram o problema, e se o usuário autenticado conseguiu resolvê-lo.
Figura 3.5 – Diagrama de classes do componente ReportModel.
Optou-se por separar essas classes do componente Model pelo fato de estas não
constituirem realmente entidades de negócio e apresentarem informações redundantes. A
razão da criação dessas classes para relatório é o desempenho. Dessa forma utiliza-se os
recursos de sumarização de dados do Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) e
evita-se a criação de várias instâncias de objetos apenas para sumarizar dados.
3.2.3 COMPONENTE IDAL
O componente IDAL contém as interfaces para os componentes de lógica de acesso a
dados1 . Componentes DAL recuparam dados e gravam os dados das entidades de negócio
na base de dados (CROCKER; OLSEN; JEZIERSKI, 2002).
As interfaces2 do componente IDAL definem as operações que cada classe de um
1
Data Access Logic (DAL)
Uma interface define um contrato. Uma classe ou estrutura que implementa uma interface deve aderir
ao seu contrato (MICROSOFT CORPORATION, 2004b).
2
3.2 Especificação
41
componente DAL deve ter. Dessa forma podem-se implementar diferentes componentes
para acesso à diferentes tipos de fontes de dados. Fontes de dados incluem SGBD, serviços
de diretório, arquivos texto, arquivos XML, arquivos de dados proprietários, entre outros.
Figura 3.6 – Diagrama de classes do componente IDAL.
A fig. 3.6 representa o diagrama de classes desse componente. Nessa figura, a
interface IUser define as operações de persistência relativas a usuários. A operação ListUsers() retorna uma lista de objetos UserInfo. A operação LogOn() retorna o código de
identificação de um usuário se as credenciais fornecidas (login e senha) forem válidas. A
operação GetUser() retorna um objeto UserInfo a partir do código de identificação do
usuário, enquanto a operação GetUserBySubmitID() retorna um objeto UserInfo a partir
do identificador de submissão de um usuário (no formato de um GUID). As operações
Insert(), Update() e Delete() recebem como parâmetro um objeto UserInfo e respectivamente, inserem, atualizam ou excluem os dados da fonte de dados. De forma similar, as
interfaces IProblem, ICountry, ISubmission, ICategory, IContest, IReports e ILanguage
definem as operações de persistência relativas a problemas, paı́ses, submissões, categorias,
3.2 Especificação
42
competições, relatórios e linguagens de programação respectivamente.
Neste trabalho implementou-se um componente DAL especı́fico para acesso aos
SGBD Microsoft SQL Server 2000 e Microsoft MSDE 2.0. A fig. 3.7 ilustra o modelo
conceitual do banco de dados para esse sistema, gerado com base nas classes da fig. 3.4.
Figura 3.7 – Modelo conceitual do banco de dados.
3.2.4 COMPONENTE DALFACTORY
O componente DALFactory implementa uma variação do padrão de projeto Abstract Factory para criação do componente DAL a ser utilizado na aplicação.
3.2 Especificação
43
Segundo Gamma et al. (1996), o padrão Abstract Factory provê uma interface
para criar famı́lias de objetos relacionados ou dependentes sem especificar suas classes
concretas. Como a Factory encapsula a responsabilidade e o processo de criar objetos
concretos, isola os clientes das classes de implementação. Clientes manipulam instâncias
através das interfaces abstratas.
Nesse contexto, as interfaces do componente IDAL são os produtos abstratos e as
classs do componente DAL para MSDE correspondem ao produtos concretos. O componenente DALFactory implementa as funções da fábrica abstrata e da fábrica concreta.
Conforme ilustra diagrama de classes (fig. 3.8), esse componente contém apenas
uma classe, com métodos estáticos para instanciar cada uma das classes de acesso a
dados definidas pelas interfaces do componente IDAL.
Figura 3.8 – Diagrama de classes do componente DALFactory.
3.2.5 COMPONENTE BLL
O componente BLL implementa as regras de negócio mais comuns do sistema,
usadas pelos componentes Web e JudgeServer. A fig. 3.9 ilustra o diagrama de classes
desse componente.
Nenhuma parte da aplicação acessa a camada de dados diretamente. Elas o fazem
utilizando-se deste componente, o que garante uma manutenção simplificada das regras
de negócio. A classe Validator contém regras de validação de dados. A classe User
contém operações que implementam as regras associadas a operações com usuários. A
operação ValidateCommom() implementa regras para validação de dados que são comuns
às operações Insert() e Update(). Outras classes também implementam uma operação
ValidateCommom() que têm propósitos semelhantes em suas respectivas classes. A classe
3.2 Especificação
44
Figura 3.9 – Diagrama de classes do componente BLL.
Problem implementa ainda uma operação ValidateIOSet() para validação dos conjuntos
de entrada e saı́da associados ao problema. A classe Submission implementa operações
relativas aos programas submetidos para correção. As operações UpdateStatus(), UpdateIdentifications() e UpdateResouceUsage() são utilizadas para atualizar o status de uma
submissão, atualizar as identificações (usuário, problema e competição) e atualizar os
recursos consumidos pelo programa (tempo de processador e quantidade de memória),
respectivamente. A operação JudgeStatus() retorna o status atual do sistema de correção
(parado, executando), e a operação SignalJudge() é utilizada quando o sistema web faz
uma submissão para sinalizar ao sistema que correção que um novo programa deve ser
corrigido. As classes Contest, Category, Reports, Language e Country implementam as
regras para operações relacionadas a competições, categorias, relatórios, linguagens de
3.2 Especificação
45
programação e paı́ses, nessa ordem.
Não estão incluı́das nesse componente as regras muito especı́ficas do sistema de
correção. Essas regras foram incluı́das na modelagem do sistema de correção, apresentada
na seção 3.2.7.
3.2.6 COMPONENTE WEB
O componente Web contém a lógica de apresentação do sistema web. A fig. 3.10
apresenta um diagrama com as possibilidades de navegação desse sistema.
Figura 3.10 – Diagrama de navegação do sistema web.
O diagrama de seqüência da fig. 3.11 ilustra a interação dos componentes durante o
envio de uma solução. Quando o usuário solicita a página, o sistema web recupera a lista
de linguagens de programação disponı́veis através do método ListLanguages() da classe
Language do componente BLL. A página solicita para a classe BLL.Submission o status do
3.2 Especificação
46
Figura 3.11 – Interação dos componentes com o sistema web durante o envio de uma solução.
3.2 Especificação
47
sistema de correção. Em seguida a página é exibida para que o usuário preencha os dados.
Quando o usuário preenche os dados, é criada uma instância da classe SubmissionInfo do
componente Model, passada para o método Submit() da classe Submission. Esse método
invoca no mesmo objeto o método VerifySourcesPath() para verificar se o arquivo de
configuração da aplicações indica em que diretório os programas fontes enviados devem
ser salvos. É feita uma solicitação à classe Factory do componente DALFactory para
a criação de uma instância do objeto Submission do componente de acesso a dados,
através do método CreateSubmission(). Esse método verifica no arquivo de configuração
qual componente de acesso a dados deve ser utilizado (VerifyAssemblyPath()), chama o
método CreateInstance(), que irá carregar a assembly (LoadAssembly()) e instanciar a
classe. A classe Submission do componente BLL invoca então o método Submit() do
componente de acesso a dados para persistir as informações da submissão. Por fim, é
invocado o método SignalJudge() para sinalizar ao sistema de correção a existência de um
novo programa a ser corrigido.
3.2.7 COMPONENTE JUDGESERVER
O componente JudgeServer implementa a funcionalidade do sistema de correção
automatizado. A fig. 3.12 apresenta o diagrama de classes desse componente.
A classe Judge contém alguns métodos públicos que serão invocados pelo serviço
do Windows. O método Start(), Stop() e JudgeRequest() são invocados, respectivamente,
quando o serviço do Windows solicita que o sistema de correção seja iniciado, finalizado
e quando há uma nova submissão para ser avaliada. O método MailResults() envia um email com o resultado da correção do programa para o usuário. Os demais métodos são explicados juntamente com o diagrama de seqüência da fig. 3.13. O atributo judgingThread
é uma referência para a thread principal do sistema. O atributo event é usado para
sincronização entre threads e o atributo exit é uma flag que indica quando o sistema
está em processo de finalização. Os atributos p, processOut e processErr representam,
respectivamente, uma referência a um novo processo criado para executar o programa do
usuário, a saı́da padrão desse processo e a saı́da de erros desse processo. Os atributos
listener e portNumber são usados para abrir uma porta TCP no sistema de correção.
O atributo requestsPending é um contador de quantos programas estão prontos para ser
avaliados.
A interface ILanguageModule define um contrato para os módulos de linguagens
de programação. Essa interface define métodos que os módulos de linguagem de pro-
3.2 Especificação
48
gramação devem implementar para compilar o programa, verificar a segurança3 , ler as
identificações4 do programa e definir como o programa compilado deve ser carregado. A
classe DotNetLanguageModule é uma classe abstrata que implementa as operações SafeVerification(), GetIdentifications() e CreateProcessStartInfo(), que são comuns a todos os
programas compilados na plataforma .NET. Isso simplifica a implementação de módulos
para compilação de outras linguagens .NET, pois é preciso apenas sobrescrever o médoto
Compile(). No caso da implementação de uma linguagem independente do .NET Framework deve-se implementar todas as operações da interface. A classe CSharpLanguageModule implementa o módulo para compilação em linguagem C#.
Figura 3.12 – Diagrama de classes do componente JudgeServer.
A interação dos componentes durante o processo de avaliação de uma submissão
é exibida no diagrama de seqüência da fig. 3.13. O método WaitForSubmissions() da
classe Judge implementa o loop principal do sistema. Quando o sistema web notifica o
sistema de correção da existência de uma nova submissão, o método JudgeSubmission() é
3
4
Apenas a segurança que não pode ser verificada em tempo de execução.
Identificação do usuário, do programa e opcionalmente da competição.
3.2 Especificação
49
Figura 3.13 – Interação dos componentes do sistema de correção durante a correção de uma
solução.
3.3 Implementação
50
invocado para iniciar o processo de correção. É criada uma instância do módulo de linguagem de programação especı́fico para essa submissão. No diagrama, foi utilizado o módulo
para C#.NET. Ao módulo da linguagem é solicitado que compile o programa, recupere as
identificações se existirem (identificação do usuário, competição e do problema), verifique
se o programa usa alguma classe ou função potencialmente perigosa e que crie um objeto
ProcessStartInfo. O objeto ProcessStartInfo contém as informações de como um processo
deve ser iniciado. Em seguida, a classe Judge invoca o método StartMonitorProcess(),
que vai iniciar um novo processo para execução do programa do usuário e monitorar sua
execução. O método WrapperListener() abre uma porta TCP que fica aguardando uma
sinalização. O programa do usuário é carregado para execução dentro de um Wrapper
(programa que “empacota”outro programa). Esse Wrapper vai criar um novo Application
Domain e carregar o programa do usuário para executar dentro dele. Quando o programa
do usuário finaliza, a classe Judge recebe uma sinalização através da porta TCP. O sistema de correção vai então ler a saı́da do programa (ReadOutput()), verificar a saı́da de
erros (ReadError()), obter a quantidade de recursos utilizados (GetPerfData()), verificar
se o programa não excedeu a quantidade máxima de tempo de processador e memória permitidos (MaxCPUExceeded() e MaxMemoryExceeded()), e verificar se a resposta gerada é
correta (VerifyAnswer()).
3.3 IMPLEMENTAÇÃO
Esta seção apresenta detalhes sobre a implementação do sistema proposto. Suas
subseções apresentam as ferramentas utilizadas para o desenvolvimento (seção 3.3.1), o
banco de dados (seção 3.3.2), os componentes (seção 3.3.3), o sistema web (seção 3.3.4),
o sistema de correção (seção 3.3.5) e dois estudos de caso do sistema em funcionamento
(seção 3.3.6).
3.3.1 TÉCNICAS E FERRAMENTAS UTILIZADAS
O sistema web foi desenvolvido utilizando tecnologia ASP.NET para código do
servidor, e tecnologias compatı́veis com web standards (XHTML, CSS) para código cliente.
Para o sistema de correção, foi implementado um serviço do Windows que utiliza
o componente JudgeServer (apresentado na seção 3.2.7).
Ambos os sistemas foram implementados em plataforma .NET, utilizando-se a
linguagem C#.NET. A ferramenta utilizada para codificação foi o VisualStudio .NET. O
3.3 Implementação
51
VisualStudio é uma Integrated Development Environment (IDE) para desenvolvimento de
aplicações em .NET.
3.3.2 BANCO DE DADOS
O SGBD utilizado foi o Microsoft MSDE 2.0. O MSDE é uma versão de menor
porte, porém compatı́vel com o Microsoft SQL Server. Isso assegura que o mesmo componente DAL utilizado para acesso ao MSDE pode ser utilizado para acesso ao SQL Server,
sem nenhuma modificação. Optou-se pela utilização do SGBD Microsoft MSDE 2.0 por
ser de distribuição gratuita, de forma que tem-se disponı́vel todo o poder de processamento
e recursos de um SGBD de grande porte, sem o custo associado as licensas.
A forma de acesso ao SGBD foi a utilização de Stored Procedure (SP). Segundo
Microsoft Corporation (2004c), uma SP é um grupo de comandos Structured Query Language (SQL) que ficam armazanados no servidor e são compilados e executados como uma
unidade. SP são similares a procedimentos em linguagens de programação, de forma que
podem ter parâmetros, executar operações e chamar outras SP e retornar valores para a
rotina que a chamou. Entre as vantagens de utilização de SP estão:
a) permitem programação modular;
b) permitem uma execução mais rápida, pois o código é compilado e otimizado
apenas na primeira execução;
c) reduzem o tráfego da rede, pelo fato de a aplicação enviar menos código SQL
para o servidor;
d) servem como mecanismo de segurança, pois podem ser concedidas permissões
de executar para a SP, mas não permissões de acesso as tabelas base.
CREATE PROCEDURE ContestsListByUser
@UserID INT
AS
SET NOCOUNT ON
SELECT c.ContestID, c.StartAt, c.EndAt, c.Visibility
FROM Contests c INNER JOIN ContestsUsers cu ON c.ContestID =
cu.ContestID
WHERE cu.UserID = @UserID ORDER BY StartAt DESC
Quadro 3.1 – Procedimento armazenado para listar as competições de um usuário.
O quadro 3.1 mostra a SP utilizada para listar as competições que um usuário está
3.3 Implementação
52
inscrito.
Para auxı́lio ao desenvolvimento do componente de acesso a dados (DAL), utilizouse o Microsoft Data Access Application Block (DAAB). O DAAB é um componente
gerenciado5 que expõe classes com métodos para auxiliar na execução de comandos em
um servidor de banco de dados Microsoft SQL Server de uma forma robusta e eficiente
(MICROSOFT CORPORATION, 2004a).
O DAAB encapsula as operações de criar uma conexão ao banco de dados, criar
uma transação, criar um comando, criar os parâmetros para as SP e executar o comando
em uma única chamada. O quadro 3.2 exemplifica a chamada a SP ContestsListByUser
passando o valor “1”para o parâmetro @UserID.
SqlDataReader dr = SqlHelper.ExecuteReader(SqlHelper.CONN STRING,
"ContestsListByUser", new object[] { user.UserID })
Quadro 3.2 – Código para chamar o procedimento armazenado ContestsListByUser.
3.3.3 COMPONENTES
O esqueleto das classes para criação dos componentes foi gerado pelo Sybase PowerDesigner. Além dos atributos e métodos presentes nos diagramas de classes, as classes
implementantam também métodos construtores6 e propriedades. Propriedades são um
recurso da linguagem C# que implementam as operações get e set para os atributos. O
quadro 3.3 representa os atributos e propriedades da classe CountryInfo do componente
Model.
Cada componente foi compilado em uma assembly separada e instalado no Global
Assembly Cache (GAC). O GAC é uma área para instalação de assemblies compartilhadas
por várias aplicações (MICROSOFT CORPORATION, 2004b).
3.3.4 SISTEMA WEB
O sistema web é um sistema de informação que implementa o gerenciamento de
usuários, problemas e competições. Este é dividido em dois grupos de acesso: o administrador pode gerenciar as categorias, os problemas e as competições disponı́veis no sistema.
5
6
Componente .NET.
Método chamado automaticamente na inicialização de uma classe.
3.3 Implementação
53
#region Attributes
private byte countryID;
private string name;
#endregion
#region Properties
public byte CountryID {
get { return countryID; }
}
public string Name {
get { return name; }
}
#endregion
Quadro 3.3 – Atributos e propriedades da classe CountryInfo.
Os usuários podem manter seu cadastro, inscreverem-se em competições públicas, visualizar os problemas e as estatı́sticas e enviarem suas soluções. A seção 3.3.6 demonstra o
sistema em funcionamento nesses dois nı́veis.
Para proteger a área restrita ao administrador do sistema foram utilizados os recursos de segurança existentes no .NET. O código do quadro 3.4 foi adicionado ao arquivo de
configuração do sistema web 7 . Esse código configura o sistema de segurança para permitir
que apenas o usuário identificado pelo nome “1”8 possa acessar o diretório “admin”.
<location path="admin">
<system.web>
<authorization>
<allow users="1"/>
<deny users="*"/>
</authorization>
</system.web>
</location>
Quadro 3.4 – Configuração de segurança para a área restrita ao administrador do sistema web.
Para que o sistema de segurança saiba o nome dos usuários, o valor deve ser informado no momento da autenticação do usuário. O quadro 3.5 exibe o código que autentica
o usuário e informa ao sistema de segurança o nome.
Optou-se por informar ao sistema de segurança o código do usuário ao invés do
7
8
Web.config.
Código do usuário administrador.
3.3 Implementação
54
FormsAuthentication.SetAuthCookie(ui.UserID.ToString(), false);
Quadro 3.5 – Código para autenticação do usuário no sistema web.
nome. O sistema de segurança disponibiliza uma propriedade User em todas as páginas
ASP.NET. Utilizando-se a sentença User.Identity.Name, pode-se recuperar o nome do
usuário autenticado. Nessa implementação, tal sentença recupera o código do usuário,
que é posteriormente usado para acesso ao banco de dados para recuperar as informações
necessárias.
3.3.5 SISTEMA DE CORREÇÃO
O sistema de correção automatizado consiste de um serviço do Windows, que instancia e inicia o componente JudgeServer e um Wrapper. O quadro 3.6 ilustra os métodos
do serviço do Windows. O método OnlineJudge() é o construtor da classe do serviço, e cria
uma nova instância da classe Judge, do componente JudgeServer. Os métodos OnStart(),
OnStop() e OnCustomCommand() tratam as requisições de inicialização, finalização e
execução de ações personalizadas que são enviadas pelo SCM.
private Judge judgeServer;
public OnlineJudge() {
judgeServer = new Judge();
}
protected override void OnStart(string[] args) {
judgeServer.Start();
}
protected override void OnStop() {
judgeServer.Stop();
}
protected override void OnCustomCommand(int command) {
if (command == 128) //128 é flag p/ sinalizar judge
judgeServer.JudgeRequest();
}
Quadro 3.6 – Código do serviço do Windows.
O método Submission.SignalJudge() do componente BLL (exibido no quadro 3.7
3.3 Implementação
55
e especificado na seção 3.2.5) é executado quando um usuário faz uma submissão pelo
sistema web e envia ao serviço de correção uma requisição para executar uma ação personalisada. A ação personalizada definida nesse serviço invoca o método JudgeRequest()
da classe Judge, fazendo com que o sistema esteja ciente de uma nova submissão e inicie
o processo de execução, caso não esteja corrigindo outra submissão no momento.
public class Submission {
.
.
.
private void SignalJudge() {
ServiceController judgeService = new
ServiceController("OnlineJudgeService");
try {
judgeService.ExecuteCommand(128); //128 é flag p/
sinalizar judge
}
catch {}
}
.
.
.
}
Quadro 3.7 – Código do método Submission.SignalJudge() do componente BLL.
Ao receber a notificação de que existe uma nova submissão, o sistema de correção
acessa o banco de dados para recuperar informações sobre a submissão. É então criada
uma instância do módulo de compilação especı́fico para a linguagem de programação
que o usuário escolheu no momento da submissão da solução. Esse módulo vai fazer
a compilação do codigo-fonte, verificar se o programa tem identificações do usuário, do
problema e da competição e verificar se o programa não tenta executar nenhuma ação
potencialmente perigosa.
Para o módulo de correção de programas em linguagem C#, a forma de identificação utilizada foi através de atributos. Atributos são declarações descritivas que fazem uma anotação nos elementos do programa (MICROSOFT CORPORATION, 2004b). O
quadro 3.8 exemplifica um atributo com a identificação do usuário, do problema e da
competição.
A vantagem da utilização de atributos no lugar de comentários no código-fonte é
que a infra estrutura do .NET Framework reconhece e provê fácil acesso às informações
definidas em atributos.
A verificação de segurança para programas em C# não limita o uso de qualquer
3.3 Implementação
56
[assembly: OnlineJudgeIdentification(
UserID="B63C5208-813A-468F-9E6F-7C58ABBB10A7",
ProblemID=2,
ContestID=5)]
Quadro 3.8 – Atributo para identificação do programa submetido para correção.
classe ou método, visto que o sistema de segurança verifica em tempo de execução se o
programa tem permissões para utilizar as classes. Como o programa do usuário recebe
permissões bem restritas, as operações privilegiadas não serão executadas. No entanto,
um módulo de compilação para uma linguagem que não suporte segurança em tempo de
execução deverá limitar o uso de classes e métodos restritos, potencialmente varrendo o
código-fonte.
O método StartMonitorProcess() da classe Judge é o responsável por iniciar o
processo com o Wrapper para correção e monitorá-lo. O uso do Wrapper se fez necessário
a partir de uma limitação encontrada, descrita na seção 3.4.1. O papel do Wrapper é
iniciar o programa do usuário dentro do mesmo processo do Wrapper, em um Application
Domain separado. A fig. 3.14 representa os processos e os Application Domains existentes
quando o Wrapper e o programa do usuário estão carregados. Quando o programa do
usuário termina, o Wrapper avisa o sistema que correção, que pode então ler a quantidade
de recursos utilizados.
Figura 3.14 – Relação entre os processos e os Application Domains do sistema de correção e
do Wrapper.
Conseguir a sincronia ideal entre o sistema de correção e o Wrapper foi complicado
e exigiu muito trabalho de remodelagem. Várias dessas dificuldades estão descritas na
seção 3.4.1.
Depois que o Wrapper foi iniciado, o sistema de correção inicia uma thread para
ler a saı́da padrão do programa, uma para ler a saı́da de erros, abre uma porta TCP para
3.3 Implementação
57
receber a sinalização de que o programa do usuário acabou e finalmente envia as entradas
secretas para o programa do usuário resolver o problema.
O quadro 3.9 mostra o código mais significativo do programa Wrapper. Primeiro é
invocado o método CreateAppDomain() (código no quadro 3.10) para criar e configurar
as opções de segurança de um novo Application Domain. Esse Application Domain é
configurado de forma que a única permissão para seus programas seja de execução. Nenhum acesso a recursos (sistema de arquivos, registro, bancos de dados) é permitido. O
programa do usuário é então colocado para executar dentro desse Application Domain.
Ao término da execução do programa, o Application Domain é descarregado e o Wrapper
invoca o método ComunicaJudge() para informar ao sistema de correção que o programa
do usuário terminou e agora é hora de ler a quantidade de recursos utilizados.
class Wrapper {
.
.
.
public static void Main(string[] args) {
.
.
.
AppDomain executeDomain = CreateAppDomain();
try {
executeDomain.ExecuteAssembly(programName);
}
catch (SecurityException) {
Console.Error.Write("securityError");
}
catch (Exception ex) {
Console.Error.Write(ex.Message);
}
finally {
AppDomain.Unload(executeDomain);
}
ComunicaJudge();
.
.
.
}
.
.
.
}
Quadro 3.9 – Rotina principal do programa Wrapper.
3.3 Implementação
58
class Wrapper {
.
.
.
private static AppDomain CreateAppDomain() {
// cria Application Domain
AppDomain executeDomain =
AppDomain.CreateDomain("executeDomain");
// cria um nı́vel de polı́tica de segurança
PolicyLevel domainPolicy =
PolicyLevel.CreateAppDomainLevel();
// cria um conjunto de permiss~
ao vazio
// e adiciona permiss~
ao SecurityPermission.Execution
PermissionSet permSet =
new PermissionSet(PermissionState.None);
permSet.AddPermission(new
SecurityPermission(SecurityPermissionFlag.Execution));
// atribui esse conjunto de permiss~
ao ao grupo de código
raiz
domainPolicy.RootCodeGroup.PolicyStatement = new
PolicyStatement(permSet, PolicyStatementAttribute.LevelFinal);
// define polı́tica segurança desse Application Domain
executeDomain.SetAppDomainPolicy(domainPolicy);
return executeDomain;
}
}
Quadro 3.10 – Rotina CreateAppDomain() do programa Wrapper.
Enquanto o Wrapper está executando o programa do usuário, o sistema de correção
fica monitorando os recursos utilizados em intervalos regulares. Se for detectado que o
programa do usuário consumiu muitos recursos, ele é finalizado imediatamente, antes do
seu término natural.
Quando os programas dos usuários terminam dentro do limite aceitável de tempo,
o sistema de correção lê a saı́da que eles geraram e compara com a saı́da esperada. Com
base nessa comparação é feita a avaliação se o programa é correto ou não.
O uso de um Wrapper introduz um overhead ao sistema, e os recursos consumidos
pelo Wrapper são deduzidos na hora da avaliação do uso excessivo de recursos.
3.3 Implementação
59
3.3.6 OPERACIONALIDADE DA IMPLEMENTAÇÃO
Esta seção apresenta dois estudos de caso do sistema em funcionamento. O primeiro
deles apresenta as funcionalidades disponı́veis para o administrador. O segundo apresenta
o sistema disponı́vel para os demais usuários.
3.3.6.1 FUNCIONALIDADES PARA ADMINISTRAÇÃO DO SISTEMA
As funcionalidades para administração do sistema estão isoladas no diretório “/admin”da aplicação web, e podem ser acessadas apenas pelo usuário administrador. As
funcionalidades disponı́veis são gerenciamento de categorias, problemas e competições.
A fig. 3.15 exibe a tela para cadastro de categorias. A fig. 3.16 mostra a tela de
cadastro de problemas e a fig. 3.17 a tela para indicar a quais categorias um problema
pertence. Um problema pode pertencer a várias categorias. Além da entrada e saı́da de
exemplo, um problema pode ter um ou mais conjuntos de entrada e saı́da de avaliação.
A tela para cadastro de conjuntos de avaliação é exibida na fig. 3.18. No caso de um
problema ter mais de um conjunto de avaliação, o programa do usuário é executado mais
de uma vez.
Figura 3.15 – Tela de cadastro de categorias.
A fig. 3.19 mostra a tela para cadastro de competições, e a fig. 3.20 mostra a
tela para indicar quais problemas fazem parte dessa competição. Como a competição foi
especificada como pública, não é necessário indicar os usuários dessa competição.
3.3.6.2 FUNCIONALIDADES PARA USUÁRIOS DO SISTEMA
Esta seção apresenta as funcionalidades disponı́veis para os usuários do sistema. A
fig. 3.21 apresenta a tela para cadastro de usuários.
Para visualizar os problemas disponı́veis para correção, o usuário entra antes na
3.3 Implementação
60
Figura 3.16 – Tela de cadastro de problemas.
Figura 3.17 – Tela para indicação das categorias dos problemas.
3.3 Implementação
61
Figura 3.18 – Tela de cadastro de conjuntos de entrada e saı́da para avaliação.
Figura 3.19 – Tela de cadastro de categorias.
Figura 3.20 – Tela para indicação dos problemas de uma competição.
3.3 Implementação
62
Figura 3.21 – Tela de cadastro de usuários.
lista de categorias (fig. 3.22). Essa lista mostra o nome da categoria, o número de problemas na categoria e o número de problemas que o usuário já resolveu nessa categoria.
Figura 3.22 – Tela com a lista de categorias.
A fig. 3.23 mostra os problemas disponı́veis em cada categoria, com uma indicação
de quantos usuários resolveram cada problema e quais foram resolvidos pelo usuário.
A tela com os detalhes do problema é exibida na fig. 3.24.
A tela da fig. 3.25 mostra as competições que o usuário está inscrito e as competições
em que ele pode se inscrever. O link inscrever só aparece para usuários autenticados. Os
detalhes da competição são exibidos na tela da fig. 3.26. Como a competição ainda não
3.3 Implementação
63
Figura 3.23 – Tela com a lista de problemas por categoria.
Figura 3.24 – Tela com os detalhes do problema.
3.3 Implementação
64
iniciou, a lista de problemas dessa competição não está visı́vel.
Figura 3.25 – Tela com as competições.
Figura 3.26 – Tela com os detalhes da competição.
A tela fig. 3.27 é usada para submeter programas para correção. O usuário pode
escolher se deseja receber um e-mail com o resultado da correção. O sistema só enviará
o e-mail se o usuário estiver autenticado no momento da submissão, ou se o sistema
encontrar a identificação do usuário no programa submetido.
A fig. 3.28 exibe a tela com a lista das últimas submissões que o sistema recebeu.
Nessa tela pode-se ver que a última submissão enviada (SubmissionID 67) foi considerada
correta.
Para ilustrar exemplos de programas maliciosos, foram enviados os programas do
quadro 3.11 e do quadro 3.12. O primeiro deles é um loop infinito, que sem recursos de
proteção consumiria excessivo tempo de processador. O segundo programa tenta apagar o arquivo do device driver para o processador Pentium III no diretório do sistema
operacional.
A fig. 3.29 mostra os resultados do sistema de correção para esse dois programas
3.3 Implementação
65
Figura 3.27 – Tela para submissão de programas.
Figura 3.28 – Tela com a lista das últimas submissões.
3.4 Resultados e discussão
66
using Kirchner.TCC.OnlineJudgeIdentification;
[assembly:
OnlineJudgeIdentification(ProblemID=1)]
class Teste {
public static void Main() {
while(true);
}
}
Quadro 3.11 – Programa malicioso que consome muito tempo de CPU.
using Kirchner.TCC.OnlineJudgeIdentification;
[assembly:
OnlineJudgeIdentification(ProblemID=1)]
class Teste {
public static void Main() {
File.Delete(@"C:\WINDOWS\system32\drivers\p3.sys");
}
}
Quadro 3.12 – Programa malicioso que tenta acessar o disco.
maliciosos. O programa com loop infinito é o SubmissionID 73. Esse programa recebeu
a avaliação “Limite de tempo excedido”(TL) e foi finalizado, depois de consumir pouco
mais tempo de processador do que o permitido para esse problema. O programa que tenta
acessar disco (SubmissionID 76) recebeu a avaliação “Função restrita”(RF). Durante a
execução, esse programa gerou uma exceção de segurança e foi finalizado.
A fig. 3.30 mostra a tela com as estatı́sticas das submissões para cada problema
cadastrado, e a tela da fig. 3.31 mostra o ranking dos autores cadastrados no sistema.
3.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O sistema de correção implementado é similar em termos de funcionalidade aos
existentes na Universidade de Valladolid (UNIVERSIDAD DE VALLADOLID, [2004?]) e na
Universidade do Estado de Ural (URAL STATE UNIVERSITY, [2004?]), com a diferença
que executa em sistema operacional Windows e aceita programas em linguagem C#.
Esses sistemas apresentam um conjunto de problemas a serem resolvidos, podem criar
competições, gerenciam usuários e apresentam estatı́sticas sobre os problemas e usuários
3.4 Resultados e discussão
67
Figura 3.29 – Resultados do sistema de correção para os dois programas maliciosos submetidos
a correção.
Figura 3.30 – Tela com as estatı́sticas dos problemas.
Figura 3.31 – Tela com ranking de autores.
3.4 Resultados e discussão
68
cadastrados. Uma diferença entre esses sistemas é que eles aceitam envio de soluções por
e-mail, além do site.
O sistema web apresenta funcionalidades similares ao BOCA, utilizado para gerenciar competições. Como não foi projetado unicamente para gerenciar competições, esse
sistema web não apresenta, por exemplo, recursos para comunicação com os juı́zes. No
entanto, pode gerenciar usuários, problemas e competições.
O sistema de correção constitui um ambiente seguro para execução de código arbitrário, recurso existente no Bees. O Bees apresenta mecanismos mais avançados para
gerenciamento de uso de recursos do código móvel do que o sistema implementado. No
entanto, o sistema de correção apresenta recursos que garantem que um programa não
poderá danificar a máquina local, nem consumir excessivos recursos computacionais.
Para extensão do sistema e adição de módulos para compilação em outras linguagens de programação, deve-se implementar um componente que extenda a classe DotNetLanguageModule, para linguagens .NET, ou implemente a interface ILanguageModule
no caso de uma linguagem que não execute na plataforma .NET. Essa classe e interface
estão ilustrados no diagrama de classes da fig. 3.12. O método Compile() deve compilar o
código-fonte do usuário e retornar as mensagens de erros do compilador quando existentes. O método SafeVerification() deve garantir que o programa seja seguro para execução,
quando a segurança não pode ser verificada em tempo de execução. O método GetIdentifications() deve retornar as identificações do usuário, do programa e da competição, e o
método CreateProcessStartInfo() deve retornar um objeto do tipo ProcessStartInfo, com
os parâmetros de como o programa deve ser inicializado. Para incorporar o módulo ao
sistema, deve-se adicionar um registro à tabela Languages. Os campos Name, Assembly
e Type são, respectivamente, o nome da linguagem de programação que aparece para o
usuário, o nome da assembly com o módulo para compilação e o nome completo da classe,
incluindo namespace, que implementa as operações.
3.4.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS
A maior parte do trabalho transcorreu sem problemas. Foram encontradas algumas pequenas dificuldades na etapa de especificação, devido à pouca experiência com
modelagem UML.
A maior fonte de problemas foi realmente a implementação do sistema de correção.
A primeira dificuldade foi conseguir ler as informações da quantidade de recursos (proces-
3.4 Resultados e discussão
69
sador e memória) utilizados pelo programa do usuário. Ler as informações é simples, pois
a classe Process da biblioteca de classes do .NET Framework contém métodos para obter
essas informações. As informações apenas estão disponı́veis enquanto o processo está em
execução, no entanto, o sistema de correção precisa saber quanto recurso foi consumido
ao fim da execução do programa do usuário. A melhor solução encontrada foi a utilização
de um Wrapper.
Outra solução analisada seria de iniciar o programa do usuário dentro do mesmo
processo que executa o sistema de correção. No entanto, isso tornaria inviável obter as
informações de recursos utilizados.
A uso de um Wrapper introduziu problemas adicionais. Surge a necessidade de
sincronização e comunicação do sistema de correção com o Wrapper. A solução menos
custosa em termos de desempenho seria utilizar a saı́da de erros para comunicação. Essa
opção consumiu poucos recursos, mas apresentava problemas de funcionamento. Com
grande freqüência, ambos os processos (sistema de correção e Wrapper ) ficavam bloqueados. A solução adotada e que funcionou muito bem, porém consome mais recursos, é a
comunicação através do protocolo TCP. Antes de iniciar o Wrapper, o sistema de correção
abre uma porta TCP e fica aguardando um sinal para prosseguir com suas atividades.
Teve-se dificuldade de redirecionamento da entrada e saı́da padrão do programa
do usuário. A vantagem de utilizar entrada e saı́da padrão é que o programa submetido
à correção não precisa ter nenhum tratamento especial para receber as informações. O
programa pode simplesmente ler os dados do teclado e escrever na tela com as rotinas
que a linguagem de programação disponibiliza. Ainda assim, essa é a forma com que os
sistemas de juiz online pesquisados (seção 2.4) funcionam.
A classe Process oferece recursos para redirecionar a entrada e saı́da padrão de um
processo. A dificuldade existente é que o processo é na verdade o Wrapper, e o programa
do usuário é iniciado dentro desse mesmo processo, em um Application Domain a parte.
Várias soluções foram pesquisadas, e desenvolveu-se um mecanismo de sincronização entre
o sistema de correção e o Wrapper. O mecanismo funcionava bem apenas quando o
sistema executava no depurador. Esse mecanismo foi incrementado fazendo com que um
dos programas esperasse de 1 a 2 segundos em determinadas situações, para o outro
programa concluir alguma atividade. Dessa forma conseguiu-se uma solução funcional,
porém muito pouco eficiente em termos de tempo utilizado. Na solução final conseguiuse eliminar a necessidade de esperas, sendo o único mecanismo de sincronização ainda
existente o uso de uma conexão TCP para comunicação.
70
4
CONCLUSÕES
Este trabalho alcançou na ı́ntegra seu objetivo inicial, que é o de implementar um
sistema de correção automática para provas de concursos de programação, que execute
em ambiente Windows e aceite programas escritos em linguagem C#.NET.
A arquitetura de segurança do .NET Framework demonstrou-se muito robusta, e
seu uso facilitou a implementação de um ambiente seguro.
O ambiente de desenvolvimento agilizou o processo de codificação, e o depurador
integrado foi de grande valia para sanar os erros do sistema de correção.
Além da possibilidade de estabelecer um concurso de programação local ou via
internet, a implementação serve como referência de um sistema orientado a objetos, dividido em várias camadas e possibilidade de extensão para uso de outros SGBD e outras
linguagens de programação. Outrosim, serve como um estudo de caso de implementação
das opções de segurança da plataforma .NET.
Algumas limitações existentes:
a) requer Windows 2000 Server ou Windows Server 2003;
b) requer o .NET Framework SDK; apenas o runtime não é suficiente;
c) a correção de programas não é tão eficiente, devido ao overhead da criação
de processos e comunicação entre eles; a correção de 50 programas com pouco
código demorou cerca de 3 minutos.
4.1 EXTENSÕES
Sugere-se como extensão desse trabalho a implementação de módulos para outras
linguagens .NET, e também para as linguagens C, C++, Java e Pascal. Essas quatro
linguagens estão disponı́veis para uso nos sistemas pesquisados e contemplam muitos
usuários.
Aprimorar o sistema para aceitar submissões por e-mail é um recurso interessante,
e presente em ambos os sistemas de correção pesquisados. Também, a modificação do
processo de correção, possibilitando correção simultânea de vários programas e melhorando o tempo de resposta quando muitos programas esperam para serem corrigidos. O
4.1 Extensões
71
estudo de alguma técnica que possa eliminar o uso do Wrapper e do uso de comunicação
via TCP pode trazer significativos benefı́cios de desempenho.
72
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDERSON, Richard et al. Professional ASP.NET. Chicago: Wrox Press, 2001.
ASSOCIATION FOR COMPUTING MACHINERY. The ACM-ICPC International
Collegiate Programming Contest Web Site sponsored by IBM. 2004. Disponı́vel
em: <http://icpc.baylor.edu/icp>. Acesso em: 25 ago. 2004.
BUTLER, Jason; CAUDILL, Tony. ASP.NET Database Programming Weekend
Crash Course. New York: Hungry Minds, 2002.
CROCKER, Angela; OLSEN, Andy; JEZIERSKI, Edward. Designing Data Tier
Components and Passing Data Through Tiers. Estados Unidos, 2002.
GAMMA, Erich et al. Design Patterns: Elements of reusable object-oriented software.
Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1996.
GUPTA, Phalguni. ACM ICPC at IIT Kanpur: 14 - 15 December, 2004. 2004.
Disponı́vel em: <http://www.acmsolver.org/?itemid=6>. Acesso em: 31 jul. 2004.
MANZOOR, Shahriar. Common Mistakes in Online and Real-time Contests.
2004. Disponı́vel em: <http://www.acmsolver.org/?itemid=>. Acesso em: 31 jul. 2004.
MEIER, J.D. et al. Improving Web Application Security: Threats and countermeasures. Estados Unidos, 2003. Disponı́vel em: <http://download.microsoft.com/download/d/8/c/d8c02f31-64af-438c-a9f4-e31acb8e3333/Threats Countermeasures.pd>.
Acesso em: 16 out. 2004.
MICROSOFT CORPORATION. Developing Microsoft ASP.NET Web
Applications Using Visual Studio .NET. Estados Unidos, 2002. Apostila do curso.
MICROSOFT CORPORATION. Programming with C#. Estados Unidos, 2002.
Apostila do curso.
MICROSOFT CORPORATION. Data Access Application Block. Estados Unidos,
2004. Manual de software.
MICROSOFT CORPORATION. Microsoft .NET Framework SDK Documentation. Redmond, 2004. Manual de software.
MICROSOFT CORPORATION. SQL Server Books Online. Estados Unidos, 2004.
Manual de software.
MICROSOFT CORPORATION. Mcad/mcsd self-paced training kit: Developing xml
web services and server components with microsoft visual basic .net and microsoft c#
.net. In:
. Redmond: Microsoft Press, 2003. cap. 2.
Referências Bibliográficas
73
OBJECT MANAGEMENT GROUP. UML Resource Page. 2004. Disponı́vel em:
<http://www.uml.org>. Acesso em: 20 nov. 2004.
PARIHAR, Mridula et al. ASP.NET Bible. New York: Hungry Minds, 2002.
REILLY, Douglas J. Designing microsoft asp.net applications. In:
Microsoft Press, 2002. cap. 1.
. Redmond:
ROBINSON, Simon et al. Professional C#. Chicago: Wrox Press, 2001.
SILVA, Ulisses Furquim Freire da. BOCA - Sistema de Submissão. 2003. Disponı́vel
em: <http://maratona.ime.usp.br/manualBOCA.pd>. Acesso em: 02 ago. 2004.
SKIENA, Steven S.; REVILLA, Miguel A. Programming Challenges: The
programming contest training manual. New York: Springer, 2003.
STACK, Tim; EIDE, Eric; LEPREAU, Jay. Bees: A secure, resource-controlled, javabased execution environment. In: IEEE CONFERENCE ON OPEN ARCHITECTURES
AND NETWORK PROGRAMMING, 6., 2003, San Francisco. Proceedings...
Piscataway: IEEE Press, 2003. p. 97–106.
STONY BROOK UNIVERSITY. Secure Mobile Code Execution Environment.
2002. Disponı́vel em: <http://seclab.cs.sunysb.edu/seclab1/research/projects/ca-mcc.ht>. Acesso em: 03 ago. 2004.
SYBASE INC. PowerDesigner. 2004. Disponı́vel em: <http://www.sybase.com/products/developmentintegration/powerdesigne>. Acesso em: 20 nov. 2004.
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID. Online Judge - Problem Set Archive. [2004?].
Disponı́vel em: <http://online-judge.uva.es/problemset>. Acesso em: 01 ago. 2004.
URAL STATE UNIVERSITY. Problem Set Archive with Online Judge System.
[2004?]. Disponı́vel em: <http://acm.timus.ru/default.asp>. Acesso em: 01 ago. 2004.
WATKINS, Demien; LANGE, Sebastian. An Overview of Security in the .NET
Framework. 2002. Disponı́vel em: <http://msdn.microsoft.com/library/en-us/dnnetsec/html/netframesecover.as>. Acesso em: 17 out. 2004.
ZELDMAN, Jeffrey. Designing with web standards. Indianapolis: New Riders, 2003.
74
APÊNDICE A -- CENÁRIOS DOS CASOS
DE USO DO SISTEMA
WEB
A.1 USE CASE ’AUTENTICAÇÃO USUÁRIO’
Cenário principal
a)Usuário digita login e senha;
b)Sistema compara credenciais fornecidas com o banco de dados;
c)Sistema autentica usuário (efetua login).
Cenários alternativos
Usuário informou login ou senha inválidos:
a)Informa usuário que login ou senha são inválidos.
A.2 USE CASE ’CADASTRO DE CATEGORIAS’
Precondições
a)Usuário deve estar autenticado como administrador
Cenário principal
a)Administrador define nome para categoria;
b)Sistema web guarda as informações e informa que o cadastro teve sucesso.
Cenários alternativos
Administrador preencheu campos com dados inválidos:
a)Informa administrador sobre quais dados são inválidos e solicita correção.
A.3 Use Case ’Cadastro de problemas’
75
A.3 USE CASE ’CADASTRO DE PROBLEMAS’
Precondições
a)Usuário deve estar autenticado como administrador
Cenário principal
a)Administrador define nome para o problema;
b)Administrador escolhe categoria para o problema;
c)Administrador informa descrição completa do problema;
d)Administrador informa entradas e saı́das de exemplo, que serão exibidas a todos
os usuários para ilustrar o formato dos dados que o programa irá receber, e o
formato dos dados que o programa deverá gerar;
e)Administrador informa entradas e saı́das secretas, que serão utilizadas pelo sistema de correção para verificar se o programa resolve corretamente o problema;
f)Administrador informa a quantidade máxima de tempo de processador (em ms)
e a quantidade máxima de memória (em bytes) que o programa sendo corrigido
pode utilizar;
g)Sistema web guarda as informações e informa que o cadastro teve sucesso.
Cenários alternativos
Administrador preencheu campos com dados inválidos:
a)Informa administrador sobre quais dados são inválidos e solicita correção.
A.4 USE CASE ’CADASTRO USUÁRIO’
Cenário principal
a)Usuário acessa sistema web;
b)Usuário informa dados solicitados (nome, e-mail, data nascimento, cidade, estado, paı́s, nı́vel de escolaridade, tempo de experiência com programação, login,
senha);
c)Sistema guarda informações no banco de dados;
d)Sistema autentica usuário (efetua login).
Cenários alternativos
Usuário preencheu campos com dados inválidos:
a)Informa usuário sobre quais dados são inválidos e solicita correção.
A.5 Use Case ’Criar competições’
76
Usuário escolheu um login já existente:
a)Informa usuário que login já existe e solicita alteração.
A.5 USE CASE ’CRIAR COMPETIÇÕES’
Precondições
a)Usuário deve estar autenticado como administrador
Cenário principal
a)Administrador define data/hora inicial e final para a competição;
b)Administrador define se a competição é pública ou privativa;
c)Administrador define quais usuários irão participar dessa competição;
d)Administrador define quais problemas serão utilizados nessa competição;
e)Sistema web guarda as informações e informa que o cadastro teve sucesso.
Cenários alternativos
Administrador preencheu campos com dados inválidos:
a)Informa administrador sobre quais dados são inválidos e solicita correção.
Administrador não informou usuários no caso de uma competição privativa:
a)Informa administrador que em competições privativas é obrigatório especificar
usuários e solicita correção.
A.6 USE CASE ’ENVIAR SOLUÇÃO’
Cenário principal
a)Sistema web pede para usuário especificar qual o arquivo que contém o códigofonte da solução que o usuário deseja enviar;
b)Usuário escolhe se quer receber resultados da correção por e-mail;
c)Usuário escolhe linguagem de programação que a solução foi escrita;
d)Navegador do usuário faz upload do arquivo para servidor web;
e)Sistema web recebe o arquivo e o encaminha ao sistema de correção automática;
f)Sistema web avisa usuário que arquivo foi recebido com sucesso e o programa
será analisado.
Cenários alternativos
Erro no envio do arquivo:
A.7 Use Case ’Inscrever em competição’
77
a)Sistema notifica usuário da ocorrência de um erro ao fazer upload do arquivo
para o servidor, e mostra os detalhes do erro.
A.7 USE CASE ’INSCREVER EM COMPETIÇÃO’
Precondições
a)Usuário deve estar autenticado.
Cenário principal
a)Sistema apresenta p/ usuário as competições públicas que ainda não iniciaram,
juntamente com a data/hora de inı́cio e fim;
b)Usuario informa qual competição ele deseja se inscrever;
c)Sistema registra que usuário está inscrito na competição escolhida e notifica
sucesso.
A.8 USE CASE ’RELATÓRIO DE ESTATÍSTICAS DOS PROBLEMAS’
Cenário principal
a)Usuário solicita relatório de submissões;
b)Sistema web busca no banco de dados a lista de problemas existentes, juntamente com o número de soluções apresentadas, o número de soluções corretas,
o número de soluções inválidas e o número de usuários que resolveram cada
problema;
c)Sistema web apresenta dados em formato de um relatório p/ internet.
A.9 USE CASE ’VISUALIZAR PROBLEMA’
Cenário principal
a)Usuário solicita categorias de problemas;
b)Sistema web busca no banco de dados informações sobre as categorias e quantos
problemas existem em cada uma delas;
c)Se o usuário estiver autenticado, será mostrado também o número de problemas
que o usuário já resolver nessa categoria;
d)Sistema web apresenta a lista de categorias;
e)Usuário escolhe categoria;
f)Sistema web busca no banco de dados a lista de problemas da categoria escolhida, e o número de usuários que já conseguiram resolver cada problema;
A.10 Use Case ’Visualizar ranking autores’
78
g)Se o usuário estiver autenticado, será mostrado também quais problemas o
usuário já conseguiu resolver;
h)Sistema web apresenta a lista de problemas;
i)Usuário escolhe problema que deseja visualizar;
j)Sistema web busca no banco de dados a descrição e entradas e saı́das de exemplo
para o problema escolhido;
k)Sistema web apresenta os detalhes do problema.
A.10 USE CASE ’VISUALIZAR RANKING AUTORES’
Cenário principal
a)Usuário solicita ranking de autores;
b)Sistema web busca no banco de dados informações sobre os autores e quantos
problemas cada um conseguiu resolver;
c)Sistema web apresenta dados em formato de um relatório p/ internet.
A.11 USE CASE ’VISUALIZAR RELATÓRIO SUBMISSÕES’
Precondições
a)Usuário deve estar autenticado.
Cenário principal
a)Usuário solicita relatório de submissões;
b)Sistema web busca no banco de dados os problemas que já foram submetidos
por esse usuário, com detalhes sobre cada submissão (data/hora, identificação
do problema, resultado do problema - correto, erro de compilação, resultado
incorreto, etc -, tempo de execução, quantidade de memória utilizada);
c)Sistema web apresenta dados em formato de um relatório p/ internet.
79
APÊNDICE B -- CENÁRIOS DOS CASOS
DE USO DO SISTEMA
DE CORREÇÃO
B.1 USE CASE ’CORRIGIR PROGRAMA’
Cenário principal
a)Sistema de correção recebe código-fonte enviado pelo sistema web;
b)Sistema de correção compila o código-fonte do programa, gerando uma .NET
Assembly (em formato DLL);
c)Sistema de correção carrega programa compilado em ambiente de execução seguro;
d)Sistema de correção verifica se o programa carregado tem identificação do
usuário e do problema sendo resolvido;
e)Sistema de correção verifica se o programa carregado tem informações da competição que o usuário está participando;
f)Sistema de correção inicia o programa fornecido pelo usuário, e fornece os dados
de entrada secretos como parâmetro;
g)Sistema de correção compara a saı́da gerada pelo programa com a saı́da esperada
para os dados fornecidos;
h)Sistema de correção atualiza o banco de dados com as informações sobre a
correção do programa;
i)Sistema de correção envia um e-mail para o usuário, informando do resultado
da correção do programa. Caso aplicável serão enviadas mensagens adicionais
(ex: mensagens de erro do compilador em caso de problemas na compilação do
programa).
Cenários alternativos
Erro de compilação:
B.1 Use Case ’Corrigir programa’
80
a)Retorna etapa 8 do fluxo principal.
Programa sem identificação de usuário ou do problema:
a)Descarta o programa compilado;
b)Atualiza banco de dados informando que o programa foi ignorado;
Identificação do usuário ou do problema inválida:
a)Descarta o programa compilado;
b)Atualiza banco de dados informando que o programa foi ignorado;
Usuário enviou um problema para uma competição inexistente, que ele não esteja
participando, que não tenha iniciado ainda ou já tenha sido finalizada:
a)Descarta o programa compilado;
b)Atualiza banco de dados informando que o programa foi ignorado;
c)Executa etapa 9 do fluxo principal.
Programa excedeu tempo de execução ou quantidade de memória permitidos:
a)Retorna a etapa 8 do fluxo principal.
81
ANEXO A -- PERMISSÕES
PRÉ-DEFINIDAS DO .NET
Permissão
Descrição
DirectoryServicesPermission
Requerida para acessar o Active Directory.
DNSPermission
Requerida para acessar servidores Domain Name System (DNS).
EndpointPermission
Define um ponto de conexão autorizado por um objeto SocketPermission.
EnvironmentPermission
Controla leitura e escrita às variáveis de ambiente.
EventLogPermission
Requirea para acessar o log de eventos do sistema.
FileDialogPermission
Permito acesso de leitura a arquivos que o usuário
especificou em uma caixa de diálogo de arquivos.
FileIOPermission
Controla acesso aos arquivos e árvores de diretórios.
IsolatedStorageFilePermission
Controla o uso do sistema de arquivos virtual da
aplicação.
IsolatedStoragePermission
Requerida para acessar a área de armazenamento privado de uma aplicação.
MessageQueuePermission
Requerida para acessar as filas de mensagens do Microsoft Message Queuing.
OdbcPermission
Requerida para usar o provedor de dados ADO.NET
ODBC.
OleDbPermission
Requerida para usar o provedor de dados ADO.NET
OLE DB.
OraclePermission
Requerida para usar o provedor de dados ADO.NET
Oracle.
PerformanceCounterPermission
Requerida para acessar os contadores de desempenho
do sistema.
PrincipalPermission
Usada para restringir o acesso a classes e métodos
com base na identidade do usuário.
Anexo A -- Permissões pré-definidas do .NET
PrintingPermission
Requerida para acessar impressoras.
ReflectionPermission
Controla o acesso ao metadados das assemblies.
RegistryPermission
Controla o acesso às chaves do registro do sistema.
SecurityPermission
Esta permissão controla o uso da infra estrutura de
segurança.
ServiceControllerPermission
Pode ser usado para restringir o acesso ao SCM.
SocketPermission
Pode ser usado para restringir a habilidade de criar
ou aceitar conexões em um protocolo.
SqlClientPermission
Pode ser usado para restringir o acesso a fonte de
dados SQL Server.
UIPermission
Pode ser usada para restringir acesso a área de transferência e para restringir o uso de janelas na aplicação.
WebPermission
Pode ser usado para controlar o acesso a recursos da
internet.
82
Download
da Monografia - Departamento de Sistemas e Computação

da Monografia - Departamento de Sistemas e Computação

Ficha para Abertura de Conta - DSCE

465

Lista02 - Informática

Aula prática

Baixar

Ter um Amigo É Assim Como Te Digo

Formalização em PVS de Propriedades de Balanceamento

Abrir - clxv.org

resultados

Defesas e Ataques
