架构实战营作业四

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。

解答：

1. 读写性能复杂度分析：

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。

2. 解决方案：

试卷库可以使用 HBASE 存储。因为各个学校需要永久存储每年的各科试卷，数据量较大。HBASE 适宜这种结构简单，但数据量较大的应用。

试卷的使用需要使用 Redis 数据结构。根据以上分析，系统的最高 QPS 达到 5 万/秒，HBASE 就不合适了。使用 Redis sentinel 作为存储系统比较合适。因为 Redis 的读性能完全满足 5 万/秒的要求；同时，使用 Redis sentinel 可以较好地解决高可用的问题；并且，Redis 是成熟的开源软件，开发和运维都比较容易。

因为试卷是结构简单的数据，所以使用 Redis 的 String 类型来存放，具体的结构如下：

key： 学校 id+试卷 id

value： 试卷内容

3. 读写流程：

考试当天，提前读取所需试卷及答案（标准考试的答案，比如选择题答案）到 Redis。考生开考时下载到终端进行考试。Redis 的高 QPS 的特性可以满足超过 5 万/秒的 QPS。不过需要注意的系统流量带宽。

考生答题的结果临时存储在本地文件，提交的时候，标准题目可以立刻依据答案进行批改，整个答题结果提交到答题系统的 MySQL 系统存储，那里面带有学生信息，各题目信息以及解答信息。以供老师批改试卷（如果有必要），及后续分析学生的答题/学习情况。

考试结束的时候，系统将考生信息、试卷及答题和批改情况全部上传到 HBASE，留档，供永久保存，备查。

4. Redis sentinel 架构：

根据以上的复杂度分析，Redis sentinel 需要支持 5 万/秒的 QPS，这对 Redis 来说不是问题。只需采用一主两备的方案即可。架构图如下：

一个 Redis master， 两个 replica，每个节点安装一个 sentinel，作监控和故障切换节点。三个 sentinel 能够保证在 master 出现故障的时候，R2 或 R3 能够进行 fail over，保证系统继续可用。