作业题目

【作业要求】

基于模块 4 第 6 课的估算结果和 Redis sentinel 的初步方案设计，完善考试试卷存储方案，具体包括:

• 完善 Redis 的数据结构设计，明确具体使用哪种 Redis 数据结构。

• 设计具体的读写流程(可以文字描述也可以序列图描述，序列图要有文字辅助说明)。

• 对照模块 4 第 6 课的性能估算结果，计算 Redis sentinel 集群的服务器数量和性能。

【提示】

1. 性能可以有一定冗余。

2. 如果对 Redis sentinel 不熟悉，请参考官方文档:https://redis.io/topics/sentinel。

估算步骤

用户量预估

这里按照课程要求设定为有 1000 万学生

用户行为建模（考试行为）

假设每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一学期 20 门课，考试采取机考的方式，每门考试的答案 20 判断题、20 选择题、4 道大题(答案 200 字以内)，考试结果永久保存，在校学生能够看到自己曾经的考试结果，则考试结果记录的存储量为:

• 在校学生:1000 万 * 20(课)* 2(考试次数) * 1000(答案)* 2(学期) * 3(只有前三年考试)= 2.4T。

• 离校学生:每年 250 万，存储量为 0.6T。

• 假设学校的考试都安排在某一个月内，考试的时候请求试卷，提交答案，中间答题过程浏览器本地完成，由于考试集中在上午 4 小时和下午 4 小时，且请求试卷集中在考试开始的前 1 分钟，提交答案集中在考试结束前的 30 分钟，因此估算如下:

• 请求试卷:1000 万 * 20(课)/ 20(周末不考试) / 4(每天 4 堂考试)/ 1 分钟 = 250 万请求/分钟 ≈ 5 万/每秒。

• 提交试卷: 1000 万 * 20(课)/ 20(周末不考试) / 4(每天 4 堂考试)/ 30 分钟 = 1700/每秒。

性能需求计算（考试行为）

1. 在校学生考试结果存储:2.4T;

2. 离校学生考试结果存储:每年增长 0.6T;

3. 试卷请求 QPS:5 万/s;

4. 提交试卷 TPS:1700/s

按照上面的内容做如下假设：

• 假设每个学校有 5 万学生，就有 200 所大学（1000 万/5 万）

• 假设平均每一个学校有 100 个专业，每个专业有 20 门课

• 假设每天考 4 堂考试

• 假设每次考试 30 道题，每个题目占用 600 字节

根据上面的假设推算得出 redis 的存储容量：

200(所大学)*100(专业)*20(课)* 4(堂考试) *30(题目)*600(字节)≈27GB

按照上面的推算可选用单机内存为 64G 的 redis 服务器，为保证考试过程中的高可用，采用 Redis sentinel，

根据官网文档要求 sentinel 集群至少需要三台，redis 数据节点采用一主两从，架构图如下所示：

选择存储系统

• 因试卷请求 QPS:5 万/秒，提交试卷 TPS:1700/秒且考试过程中要保证高可用，故选用 Redis sentinel

• 老师课程考试选用 mysql 分库分表方案；

• 学生考试结果采用 HBase 集群来存储；

Redis 数据结构设计

• 试卷信息

采用 list 结构

key：学校 id+专业 id+课程 id+考试 id

value：题目 id、题目内容

• 读写分析

老师出完试卷后按照上面定义的 key 及 value 写入 redis；

学生参加考试时按照学校 id+专业 id+课程 id+考试 id 读取试卷，供学生考试；