千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

一、存储性能需求估算

用户量预估

假定给教育部做系统，直接推算为 1000 万用户规模。

关键行为：

• 考试

用户行为建模和性能估算

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（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考试的前 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 约等于 5w/s

• 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/s

假设试卷有 20 判断题（50 字节）、20 选择题(200 字节)、4 道大题(400 字节)来计算，估算一张试卷的存储如下：

• 20 * 50 + 20 * 200 + 4 * 400 按照 10k 计算

• 考试中涉及图片的，使用图片存储，试卷本身存储图片的 URL

假设大学一学期开设 500 门课程，一年消耗的存储：

• 2（学期）* 500（课程数） * 10k 按照 10M 计算

存储性能需求汇总

• 在校学生考试结果存储：2.4T

• 离校学生考试结果存储：每年增长 0.6T

• 试卷请求 QPS：5w/s

• 提交试卷 TPS：1700/s

• 试卷存储一年：10M

• 单张试卷：10k

二、选择存储系统

存储架构选择逻辑：

考试存储架构分析如下：

考试试卷在开考的时候会有高访问，且都是一样内容和试卷。选择 redis sentinel。

教师的考试成绩需要做相关的成绩分析，选择 mysql 集群方式。

学生考试结果，只需要自己进行查看，选择 hbase。

三、设计存储方案

考试试卷存储

数据结构设计：

• 存储类型：Redis Sentinel

• 数据类型：string 类型就可以满足需求，且 key-value 都没有超过 redis 使用的建议值。

• Key：学校 ID:课程 ID:考试 ID

• Value：试卷格式为 Json，转为 String 进行存储

读写分析：

• 老师编写完试卷之后，以学校 ID:课程 ID:考试 ID 为 key 写入到 redis 中。

• 学生开始考试后，根据相应的考试科目，系统读取对应 key 的 value。

学生成绩存储

数据结构设计：

• 存储类型：Hbase

• key: 学校 ID+学号 ID+考试 ID

• Column Family: test

• Column：result，score，其中 result 是 JSON 格式

读写分析：

• 学生提交考试结果，直接按照 key 保存 result；

• 老师改卷后，直接写入 score

• 学生查看自己的成绩，按照 key 读取 result 和 score，可以看到得分和具体错在哪里

老师成绩存储

数据结构设计：

• 存储类型：MySQL 集群

• 相关表结构设计：

读写分析：

• 试卷评分完成后，直接按照表结构保存结果。

• 直接读取成绩表进行相关数据分析。

四、redis sentinel 集群服务器数量和性能

试卷读取 5w/s，一般 redis kv 能都达到 5w-10w，带宽也在单机范围内，考虑到高可用，使用 redis sentinel。

根据上面推算的数据，最终机器为 redis 主一台，redis 从一台，sentinel 三台。