架构实战营模块 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 Redissentinel 不熟悉，请参考官方文档:https://redis.io/topics/sentinel。

一、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（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。

分析结论：考试试卷存储方案为低写入、高读取的存储系统。

二、数据结构设计

数据结构：Redis String

Key: 学校 ID + 考试 ID

Value: 试卷内容 JSON 格式

三、读写分析

1. 写流程：老师编写试卷，按照对应的 Key 写入 Redis

2. 读流程：学生考试时按照学校 ID + 考试 ID 读取试卷内容

学生提交试卷内容存储在 MySQL 中（由于提交分散且写入的 TPS 较低，1700/每秒）

四、Redis sentinel 集群预估

基于性能需求的估算结果：

1. 在校学生数据存储：2.4T

2. 离校学生数据存储：每年增长 0.6T

3. 请求试卷 QPS：5 万/每秒

4. 提交试卷 TPS：1700/每秒。

Redis 单机 TPS 5-10 万

为保证集群高可用及冗余一部分性能，考虑使用 3 台 Redis Sentinel 集群 + 3 台一主两从的 Redis 架构方式。

Redis sentinel：2C4G * 3

Redis 主从集群：4C4G * 3

配置方案

部署方案