Návrh systému rozvrhu pre FM TnU AD

Z Kiwiki
Verzia z 10:22, 4. máj 2010, ktorú vytvoril Juraj (diskusia | príspevky)
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Obsah práce
1. Popis systémov pre tvorbu rozvrhu
2. Návrh systému rozvrhu pre FM TnU AD
3. Administrátorské prostredie rozvrhu FM

V súčasnosti sa rozvrh pre FM TnU AD tvorí pomocou aplikácie MS Excel a následne sa údaje ručne vkladajú do databázy pre zobrazenie na internetovej stránke fakulty. Takéto riešenie je však krajne nepohodlné. Nielen že vkladanie množstva údajov do databázy je prácne, ale pri každej následnej zmene v rozvrhu treba údaje vyhľadávať a editovať. Okrem toho MS Excel nie je aplikácia priamo určená na tvorbu rozvrhu, preto mu chýbajú viaceré funkcie, ktoré by mal takýto program mať a treba pri práci s ním robiť viaceré kompromisy. Preto je súčasťou mojej práce vytvoriť návrh a následne aj naprogramovanie online aplikácie pre tvorbu rozvrhu našej fakulty. Zameriavam sa pritom na administrátorské prostredie aplikácie.

Prípravné práce

Ako som už naznačil v podkapitole 1.1, je dobrým zvykom každého programátora si pred vlastným programovaním premyslieť niektoré parametre aplikácie, ktoré chce dosiahnuť. Preto aj ja venujem túto podkapitolu teoretickej príprave a premysleniu schopností a parametrov, ktoré by mal program mať.

Použité programovacie prostriedky

Jednou z požiadaviek pri zadaní úlohy bolo, že ma byť aplikácia online kvôli možnosti jednoducho pristupovať k nej z akéhokoľvek počítača. Rozhodol som sa preto vytvoriť klasickú internetovú aplikáciu pomocou jazykov HTML a JavaScript, na strane serveru potom PHP, ktorý je v súčasnosti najpoužívanejší serverový skriptovací jazyk. Na ukladanie údajov používam databázu MySQL. V maximálnej miere využívam technológiu AJAX.

HTML

HTML[1] je značkový jazyk určený na vytváranie webových stránok a iných informácií zobraziteľných vo webovom prehliadači. HTML kladie dôraz skôr na prezentáciu informácií (odseky, fonty, váha písma, tabuľky atď.) ako na sémantiku (význam slov). Pôvodne bol určený ako veľmi zjednodušená podmnožina jazyka SGML, ktorý sa používa v organizáciách s komplexnými publikačnými požiadavkami, ale neskôr sa stal samostatným štandardom (ISO/IEC 15445:2000). Špecifikáciu jazyka HTML udržiava World Wide Web Consortium (W3C)[2].

JavaScript

JavaScript[3] je skriptovací programovací jazyk používaný najmä pri tvorbe webových stránok. Pôvodne ho vyvíjal Brendan Eich zo spoločnosti Netscape Communications pod názvom Mocha, neskôr pod menom LiveScript. Pred uvedením na verejnosť bol premenovaný na JavaScript, najmä pre vtedajšiu popularitu jazyka Java.

Pre uľahčenie práce s JavaScriptom som sa rozhodol vo svojej aplikácií použiť knižnicu jQuery[4] a jej nadstavbu jQuery UI. jQuery je JavaScriptová knižnica, ktorá zjednocuje funkcie pre rôzne prehliadače, skracuje a zjednodušuje syntax, ponúka funkcie pre prácu s AJAXom a na animácie prvkov internetovej stránky. Jej nadstavba jQuery UI ďalej rozširuje tieto možnosti a ponúka kompletné riešenia najpoužívanejších užívateľských prvkov, napr.: dialógové okná, prepínacie záložky, kalendár, vysúvacie menu atď.

PHP

PHP[5] je populárny open source skriptovací programovací jazyk, ktorý sa používa najmä na programovanie klient-server aplikácií (na strane servera) a pre vývoj dynamických webových stránok.

Pre PHP taktiež existujú viaceré knižnice. Ja som si pre svoju aplikáciu vybral knižnicu Zend Framework vyvíjanú spoločnosťou Zend Technologies[6], ktorá sa taktiež podieľa na vývoji PHP. Ide o plne objektovo orientovanú knižnicu zjednodušujúcu mnohé úlohy od práce s databázou po integráciu so službami iných poskytovateľov, napríklad Google. Zend Framework podporuje a tiež odporúča oddelenie zobrazovania obsahu od vykonávania logiky programu, tzv. MVC (Model-View-Controller) model.

AJAX

AJAX[7] prakticky nie je programovací jazyk. Je to kombinácia asynchrónneho JavaScriptu a serverového skriptovacieho jazyka. Používa sa na vývoj interaktívnych webových aplikácií, ktoré menia obsah svojich stránok bez nutnosti ich opätovného načítania.

MySQL

MySQL[8] je slobodný a otvorený viacvláknový, viacužívateľský SQL relačný databázový server v súčasnosti vlastnený spoločnosťou Sun Microsystems. Je podporovaný na viacerých platformách a je implementovaný vo viacerých programovacích jazykoch ako PHP, C++ či Perl. Databázový systém je relačný typu DBMS. Každá databáza je v MySQL tvorená z jednej alebo z viacerých tabuliek, ktoré majú riadky a stĺpce. V riadkoch sa rozoznávajú jednotlivé záznamy, stĺpce udávajú dátový typ jednotlivých záznamov, pracuje sa s nimi ako s poľami. Práca s MySQL databázou je vykonávaná pomocou takzvaných dotazov, ktoré vychádzajú z programovacieho jazyka.

Databáza

Jednou z hlavných prípravných úloh pri vytváraní internetovej aplikácie je návrh databázovej štruktúry. Hlavne pri zložitejších aplikáciách, ktoré uchovávajú v databáze veľké množstvo dát, je návrh databázovej štruktúry kľúčovou otázkou. Správny návrh totižto môže uľahčiť vytváranie dotazov na databázu, zjednodušiť zdrojový kód aplikácie, zmenšiť miesto zaberané údajmi databázy na minimum a v neposlednom rade zmenšiť záťaž na server a tým zabezpečiť rýchly a bezchybný chod aplikácie.

MySQL podporuje pre ukladanie dát viacero úložných systémov, nap.: MyISAM, CSV, MEMORY, InnoDB, atď., ktoré sa líšia v ponúkanej funkcionalite a rýchlosti operácií. Pre našu aplikáciu som zvolil úložný systém InnoDB, ktorý je síce pomalší ako predvolený systém MyISAM, ale ponúka funkcionality ako sú transakcie a cudzie kľúče. Ďalšie informácie o databáze sú uvedené v tabuľke 2.1.

Tab. 2.1 Informácie o použitej databáze MySQL
Verzia serveru: 5.1.39-community
Úložný systém: InnoDB
Znaková sada: utf8_general_ci

Aplikácia si bude potrebovať uchovávať informácie o študijných kombináciách, krúžkoch, predmetoch, miestnostiach a vyučujúcich, čomu by mala zodpovedať aj štruktúra tabuliek v databáze. Po dôkladnom zvážení všetkých požiadaviek aplikácie a možností databázy a po porade s konzultantom som sa rozhodol pre riešenie, ktoré je znázornené nižšie (Obr. 2.1). Pri pomenovávaní tabuliek a ich stĺpcov som sa riadil nasledujúcimi pravidlami:

  1. Všetky názvy sú v angličtine, dôvodom je programátorská konvencia
  2. Názvy tabuliek začínajú prefixom rozvrh_ - pre prípad, že by v jednej databáze muselo byť viacero tabuliek patriacich k rôznym aplikáciám
  3. Názvy tabuliek sú v nominatíve množného čísla, okrem tabuliek rozvrh_timetable a rozvrh_timetable_extern
  4. Každá tabuľka má primárny kľúč s názvom id, ktorý je autoinkrementujúci sa (v prvom riadku má hodnotu 1 a v každom ďalšom sa jeho hodnota zvýši o 1)
  5. Stĺpce, ktoré sú cudzími kľúčmi, majú názov ako tabuľka, na ktorú odkazujú v nominatíve jednotného čísla s postfixom _id. Hodnota týchto stĺpcov je totožná s hodnotou stĺpca id v riadku, na ktorý cudzí kľúč odkazuje

Jedinou výnimkou z pravidiel a) a b) je tabuľka eval_user, pretože sa plánovalo, že sa použije už existujúca tabuľka, ktorá sa používa v iných aplikáciách fakulty. Neskôr sa však ukázalo, že aplikácia bude bežať na inom servery, než sa nachádza existujúca tabuľka eval_users. Síce by sa dali používať v aplikácií údaje z tejto vzdialenej databázy, ale nebolo by tak možné plne využiť potenciál použitého úložného systému InnoDB, ktorý nedokáže vytvárať závislosti medzi tabuľkami z rozdielnych serverov. Rozhodol som sa teda vytvoriť kópiu tejto tabuľky v databáze našej aplikácie, ale kvôli nutnosti prepisovať už vytvorený kód som nepristúpil k premenovaniu tabuľky a cudzích kľúčov.

Obr. 2.1 Zvolená štruktúra tabuliek v databáze

Nasleduje podrobný popis jednotlivých tabuliek a vzťahov medzi nimi.

Tabuľka rozvrh_restrictions

Obmedzenia vyučujúcich. Zoznam hodín, v ktoré vyučujúci nemôže učiť.

Tab. 2.2 rozvrh_restrictions – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
week ENUM('k','p','n') týždeň obmedzenia pedagóga k – každý
p – párny
n - nepárny
hour TINYINT(2) časový slot 1 hodina 8 - 20


Tab. 2.3 rozvrh_restrictions – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
eval_user_id eval_users 1:n nie

Tabuľka eval_users

Kópia vybratých stĺpcov tabuľky použitej v systéme evalvácie fakulty. Táto tabuľka sa nachádza v inej databáze a na inom serveri. V tabuľke sú informácie o pedagógoch na FM.

Tab. 2.4 eval_users – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
meno VARCHAR(128) krstné meno osoby  
priezvisko VARCHAR(128) priezvisko osoby  
tituly VARCHAR(128) zoznam titulov. Tituly sú oddelené čiarkou  
email VARCHAR(32) email osoby  

Tabuľka rozvrh_teachers

Priradenie vyučujúceho k danému predmetu. K jednému predmetu môže byť priradených viacero vyučujúcich rovnako ako jeden vyučujúci môže byť priradený k viacerým predmetom. Táto tabuľka vznikla pri rozdelení vzťahu n:m medzi tabuľkami rozvrh_subjects a eval_users na dva vzťahy 1:n

Tab. 2.5 rozvrh_teachers – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
is_lecturer BOOL je alebo nie je prednášajúci 1 – je prednášajúci
0 – nie je prednášajúci


Tab. 2.6 rozvrh_teachers – vlastné stĺpce
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
eval_user_id eval_users 1:n nie
rozvrh_subject_id rozvrh_subjects 1:n nie

Tabuľka rozvrh_userdetails

Doplňujúce informácie o zamestnancovi. Tieto informácie nie sú relevantné v systéme evalvácie FM, preto je vytvorená táto tabuľka.

Tab. 2.7 rozvrh_userdetails – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
abbr VARCHAR(20) označenie vyučujúceho v rozvrhu, jedinečná hodnota  
office VARCHAR(10) číslo dverí kancelárie zamestnanca  


Tab. 2.8 rozvrh_userdetails – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
eval_user_id eval_users 1:n nie

Tabuľka rozvrh_combinations

Študijné kombinácie na FM.

Tab. 2.9 rozvrh_combinations – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
branch VARCHAR(5) skratka odboru ME, MKP, MCMV
branch_num TINYINT(1) číselné označenie odboru 1 - 3
year TINYINT(1) ročník 1 - 5

Tabuľka rozvrh_subjects

Zoznam predmetov. V tabuľke nie je informácia o type predmetu ani o dĺžke trvania predmetu.

Tab. 2.10 rozvrh_subjects – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
name VARCHAR(255) názov predmetu  
abbr VARCHAR(20) skratka predmetu v rozvrhu  
semester ENUM('L', 'Z') semester, v ktorom sa predmet vyučuje L – letný
Z - zimný


Tab. 2.11 rozvrh_subjects – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
rozvrh_combination_id rozvrh_combination 1:n nie

Tabuľka rozvrh_subclasses

Zoznam krúžkov. Krúžky sú označené len dvojčíslom, ktoré tvorí poslednú časť názvu krúžku. Prvé tri číslice skutočného názvu krúžku predstavujú fakultu, zameranie a ročník.

Tab. 2.12 rozvrh_subclasses – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
sign VARCHAR(2) označenie krúžkov 01, 02 ... – denní študenti
E – externí študenti


Tab. 2.13 rozvrh_subclasses – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
rozvrh_combination_id rozvrh_combination 1:n nie

Tabuľka rozvrh_subjecttypes

Typy vyučovacích hodín.

Tab. 2.14 rozvrh_subjecttypes – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
name VARCHAR(10) slovné pomenovanie prednáška, labák, cvičenie, konz.
color VARCHAR(7) farba pri prezentácii rozvrhu #XXXXXX

Tabuľka rozvrh_subjectitems

Prepojovacia tabuľka, prepojuje predmet s typom predmetu a krúžkom

Tab. 2.15 rozvrh_subjectitems – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
hours TINYINT(1) dĺžka vyučovacej hodiny 1 - 9


Tab. 2.16 rozvrh_subjectitems – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
rozvrh_subject_id rozvrh_subjects 1:n nie
rozvrh_subjectType_id rozvrh_subjecttype 1:n nie
rozvrh_subclass_id rozvrh_subclasses 1:n áno, ak majú všetky krúžky hodinu spoločne

Tabuľka rozvrh_rooms

Zoznam učební a ich vlastnosti.

Tab. 2.17 rozvrh_rooms – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
room VARCHAR(10) označenie učebne  
capacity TINYINT(2) počet krúžkov, ktoré sa do učebne zmestia 1 - 99
note VARCHAR(255) poznámka  
type ENUM('p','s','l')   p - prednášková
s - seminárna
l - laboratórium

Tabuľka rozvrh_timetable

Jednotlivé položky rozvrhu, konkrétne predmety s priradeným časom výučby, vyučujúcim a miestnosťou - denné štúdium

Tab. 2.18 rozvrh_timetable – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
provides VARCHAR(8) skratka katedry zabezpečujúcej predmet  
week ENUM('k','p','n') týždeň konania výuky k - každý
p - párny
n - nepárny
day TINYINT(1) číslo dňa výuky 1 - pondelok
...
5 - piatok
hour TINYINT(2) začiatočná hodina výuky 8 - 20
note VARCHAR(255) poznámka  


Tab. 2.19 rozvrh_timetable – cudzie kľúče
!názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
rozvrh_teacher_id rozvrh_teachers 1:1 áno - vyučujúci zatiaľ nebol pridelený
rozvrh_subjectItem_id rozvrh_subjectitems 1:1 nie
rozvrh_room_id rozvrh_rooms 1:n nie

Tabuľka rozvrh_timetable_extern

Jednotlivé položky rozvrhu, konkrétne predmety s priradeným časom výučby, vyučujúcim a miestnosťou - externé štúdium

Tab. 2.20 rozvrh_timetable_extern – vlastné stĺpce
názov dátový typ popis možné hodnoty
provides VARCHAR(8) skratka katedry zabezpečujúcej predmet  
week DATE týždeň (lepšie povedané deň) konania výuky  
since TIME čas začiatku výučby  
till TIME čas konca výučby  
note VARCHAR(255) poznámka  


Tab. 2.21 rozvrh_timetable_extern – cudzie kľúče
názov referenčná tabuľka vzťah môže byť NULL
rozvrh_teacher_id rozvrh_teachers 1:1 áno - vyučujúci zatiaľ nebol pridelený
rozvrh_subject_id rozvrh_subjects 1:n nie
rozvrh_room_id rozvrh_rooms 1:n nie
rozvrh_subclass_id rozvrh_subclasses 1:n nie

Pohľady

Okrem spomínaných tabuliek som v databáze vytvoril dve pohľady (views) – rozvrh_view a rozvrh_view_extern. Pohľady sú virtuálne tabuľky - na rozdiel od normálnych tabuliek neobsahujú žiadne údaje, ale iba SQL dopyt, ktorý vyberá z jednej, ale častejšie viacerých tabuliek údaje a spája ich podľa zadaných kritérií. Používajú sa hlavne v prípadoch, že sú spolusúvisiace údaje rozdelené do viacerých tabuliek. Pri výbere z takýchto tabuliek je tvorba dopytov často veľmi komplikovaná, preto je jednoduchšie použiť pohľad. Ďalším prípadom, kedy je vhodné použiť pohľad namiesto prístupu k samotným tabuľkám je, keď viaceré aplikácie zdieľajú tú istú databázu a programátor chce zabrániť niektorým z nich v editácií údajov. Dáta v pohľadoch sú totiž read-only, tzn. určené len na čítanie. Nie je možné cez pohľad údaje do databázy pridávať, meniť ich alebo ich mazať. Na druhú stranu akákoľvek zmena v tabuľkách, z ktorých je pohľad vytvorený, sa okamžite prejaví aj v ňom.

Pohľady v našej databáze obsahujú všetky potrebné informácie o predmete, vyučujúcom, krúžku a čase a mieste konania výučby vo vytvorenom rozvrhu - rozvrh_view v rozvrhu pre denných študentov a rozvrh_view_extern pre externistov. Pohľady budú použité v tých častiach aplikácie, ktoré nepotrebujú práva na editáciu údajov v databáze, tzn. frontend, modul štatistík a exportov a všetky ostatné časti okrem administrátorského prostredia. Oddelenie údajov o rozvrhu pre denných a externých študentov, ako v pohľadoch, tak aj v samotných tabuľkách, bolo pritom nutné kvôli odlišnej relevancií informácií pre oba typy rozvrhov.

Bezpečnosť aplikácie

Síce nie je v silách ani toho najlepšieho programátora vytvoriť absolútne bezpečnú internetovú aplikáciu, mojím cieľom je sa k nej maximálne priblížiť. Najzraniteľnejším miestom každej dynamickej stránky sú miesta, kde sa vyžadujú vstupné údaje od používateľa, obzvlášť prihlasovací formulár.

Prihlasovanie v našej aplikácií je riešené klasickým HTML formulárom, ktorý pozostáva z dvoch polí: prihlasovacie meno a heslo. Keďže prístup do administračného prostredia bude mať iba jedna osoba, rozhodol som sa uchovávať správne prihlasovacie údaje priamo v prihlasovacom skripte aplikácie. Odpadáva tak porovnávanie vyplnených údajov s údajmi v databáze, ktorej komunikácia so serverom by mohla byť odpočúvaná útočníkom.

Informácia o tom, či je používateľ prihlásený do systému alebo nie, sa uchováva v session. Sessions je technika ukladania informácií na serveri, kedy sa pre každého návštevníka vytvorí súbor s unikátnym náhodným názvom. Tento názov sa následne pošle späť prehliadaču, ktorý si ho ukladá vo forme cookies a pri každej požiadavke na server ho odošle v hlavičke. Bez toho, aby prehliadač serveru odoslal platný názov súboru session mu server prístup k údajom uloženým v session nepovolí. Platnosť session môže ukončiť programátor aplikácie príkazom na zmazanie súboru a cookies, prípadne sa ukončí sama po zatvorení okna prehliadača. Sessions sú jedným z najbezpečnejších riešení ukladania údajov pre každého používateľa zvlášť a zároveň je práca s nimi dostatočne rýchla. Ochrana pomocou sessions sa najčastejšie obchádza krádežou identity prihláseného používateľa. Táto technika útoku sa však dá použiť iba v prípade, že útočník môže do stránky vložiť vlastný kód, napr. v diskusnom fóre, čo v prípade našej aplikácie nehrozí.

Okrem týchto bezpečnostných opatrení sa snažím dodržiavať základné pravidlá pri písaní bezpečnej internetovej aplikácie: nepoužívanie globálnych premenných, filtrovanie vstupu od používateľa, používanie whitelistov. K základným postupom zvyšujúcim bezpečnosť aplikácie patrí tiež správne nastavenie servera a inštalovanie bezpečnostných aktualizácií. Za to však už zodpovedá správca servera.

  1. ↑ http://sk.wikipedia.org/wiki/Hypertext_markup_language
  2. ↑ http://www.w3.org/
  3. ↑ http://sk.wikipedia.org/wiki/JavaScript
  4. ↑ http://jquery.com/
  5. ↑ http://php.net/
  6. ↑ http://framework.zend.com/
  7. ↑ http://www.w3schools.com/Ajax/Default.Asp
  8. ↑ http://www.mysql.com/
Zdroj: „http://www.kiwiki.info/index.php?title=Návrh_systému_rozvrhu_pre_FM_TnU_AD&oldid=3894“