架构训练营 - 模块 4 作业

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：

• 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。

考试用户行为建模和性能估算

【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。

需求分析

一般考试的时候是直接加载整个试卷，所以需要将所有试卷信息存储到一起，其所需要的存储空间为 2KB，分析如下：

• 判断题：20*30=600 字节

• 选择题：20*50=1000 字节

• 大题：4*100 = 400 字节

数据结构

采用 Redis 的的字符串类型，其详细说明为

Key：学校 ID + 考试 ID。

Value：试卷内容

读写流程

1. 老师生成试卷，直接按照 key 写入 Redis 主节点。

2. 学生在考试的时候，从 Redis 从节点读取试卷。

3. 优化：学生在考试之前 5 分钟内，可以在后台加载试卷，然后在考试的时候再统一展示。这样可以降低考试系统请求峰值。

机器预估

对于考试系统来说，虽然单个 Redis 可以承载考试的请求量，但是为了提高整个考试系统的可用性，需要采用 Redis Sentinel 的方式部署 Redis 集群。最后机器数量设置为 3 个，每台机器同机部署 Redis 和 Sentinel 节点。