【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. 性能估算

1.1 存储量估算

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。

1.2 请求量估算

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. 数据结构设计

Redis 数据结构使用 string 存储

Key：学校 ID+年份+科目 ID+考试次数

Value：使用 json 格式存储试卷内容

3. 设计读写流程

• 老师上传试卷：老师在考试 3 天前将试卷上传至管理后台，此时按照设计的 Key 保存试卷。

• 考试请求试卷：按照 Key 向 Redis 获取试卷。

• 提交试卷：将结果用 json 提交至 HBase。

4. 计算集群服务器数量与性能

4.1 存储量估算

截至 2020 年 6 月 30 日，全国高等学校共计 3005 所，在校大学生数量为 3285.3 万人，我们预计用户为 1000 万人折合 1000 所学校，按 1500 所学校来算，试卷数为 1500*20*2*2*3=36 万。因此估算如下：

每年试卷存储量：40 万*512k=20M*10000 ≈ 200G

试卷考虑保留 5 年，故试卷总存储量：200G*5≈1T

4.2 服务器数量估算

存储要求：单台服务器可提供 128G 存储，故需要 8 台。

QPS 要求：单台服务器可提供 QPS 为 5w/s，1 台性能已经足够

考虑 Redis Sentinel 至少需要 3 台，并且考虑 1.5 倍冗余，所以使用 5 台 128G 服务器。