模块四作业：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。

【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。

数据结构设计

试卷存储（S1）

使用 String

key:前缀（E）+课程编码+试卷编码 (e.g. T_A10_E11)

value:试卷内容（json 串，包含： 标题、说明、注意事项、第几次考试、内容编码、创建人、创建时间）

试卷内容存储(S2)

使用 Hash

key: 前缀（E）+课程编码 (e.g. T_A10)

hashkey:内容编码

hahvalue:题目序号、题目类型、题干、选项、分值、参考答案

题库(S3)

使用 Hash

key: 前缀（T）+课程编码 (e.g. T_A10)

hashkey:题目类型

hahvalue:题目序号、题目类型、题干、选项、分值、参考答案

考试结果存储(S4)

使用 Hash

key: 课程编码+考试编码+班级编码

hashkey:学号

hahvalue:[总得分、考试结果{题目序号、答案、得分、状态、保存时间、更新时间、操作人}、评卷人、评卷时间、提交人、提交时间}]

读写流程

教务处根据课程，负责从题库(S3)组合试卷，可得到试卷存储（S1）、试卷内容存储(S2)；

学生考试系统，根据登录学生的学号，考试的课程编码，得到所在班级、考试课程从 S1、S2 得到试卷内容进行展示；

学生在线答卷提交后，根据课程编码、班级编码、学号、得到考试结果存储(S4)；

老师在线批卷，根据课程编码、班级编码、 S1、S2、S4 得到学生答题卷面，并根据提示进行判分，更新 S4。

估算集群服务器数量及性能

分析：设每个试卷 100K 大小，试卷存储量为： 240*0.1M= 24M；试卷存储量 24M 忽略不计，主要考虑试卷结果存储量 .

学校考试都安排在一个月内，则每个月考试结果存储空间为：

1000 万* 20（课）* 2（考试次数） * 1M（答案）= 400GB。

每天提交数据为：400GB/30=13.4GB

第周提交数据为：13.4*=93.8GB

存储角度： 一天的数据提交大概为 13.4Gb,一周大概 94GB，可以用一个 Redis Sentinel 集群存储。一周后的结果 dump 到 Mysql。

性能角度: 50k QPS, 单机 30K QPS 比较正常，使用 3 实例 (32 核*128GB)的 Redis Sentinel 。