题目：设计千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

【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:

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

2)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)

3)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

一. 存储性能估算

【考试】

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

二. 存储系统选择

三. 存储方案设计

1、数据结构设计

常用数据结构：string，hash，list，set，sortedset

备选数据结构：String，Hash

最终选择：使用 hash 结构存储试卷中的每一道题，避免整张试卷蹲到一个 key 中造成 bigkey 的风险

2、读写流程

【数据结构设计】

数据用 Hash 结构存储，用题号作为 field

Key:学校 ID + 考试 ID

field：题号

value: 题目,将题目存储为 json(String) 格式

【读写分析】

1. 老师出完试卷后，提前将试卷 put 到 Redis 中

2. 学生参加考试，按照学校 ID + 考试 ID + 题号依次遍历获取全部的试卷题目

3、Redis sentinel 集群的服务器数量和性能

1）redis 性能量级：单机 TPS 5~10 万

2）学生管理系统考试时试卷 QPS ≈ 5 万 / 每秒

服务器数量：3 台

集群性能：试卷读 QPS ≈ 15 万 / 每秒 > 性能估算 5 万 / 每秒， 三台服务器做存储高可用和数据读取的高性能