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。

1 存储性能估算

1.1 用户量预估

在校生 1000 万

离校生 250 万

1.2 用户行为建模

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。

1.3 性能需求估算

1. 在校学生考试结果存储 2.4T

2. 离校学生考试结果存储:每年增长 0.6T

3. 试卷请求 QPS:5 万/s

4. 提交试卷 TPS:1700/s

2 存储系统选择

8G16 核 1T 单机服务器，Reids 读写性能...

1 单机不能支持所有数据的存储，通过分片架构进行存储

2 单机能支持写性能和读性能，为了防止数据丢失、主机换了自动进行切换，通过 3 台 Redis Sentinel + 2 台主从服务器

3 存储方案设计

3.1 存储方式

试题：试题不能重复，redis 的集合形式存储

试卷：试卷中题目是有先后顺序的，可以通过 redis 的有序集合的方式存储

学生的答卷：通过 redis 的列表进行存储

3.2 架构图

基于时间进行范围分片：试卷一般都集中在一段时间内完成，通过该形式可以快速的进行范围查询，且方便扩容