模块四作业

前言

本文是千万级学生管理系统的考试试卷存储的设计方案，用于指导学生管理系统中考试子系统的后续开发、测试和运维。

1. 业务背景

考试子系统作为学生管理系统中的核心组成部分，为提高学生考试管理的管理水平，优化资源，尽可能降低考试管理成本，从实际出发帮助学生管理人员有效管理学生考试信息。

2. 性能估算

2.1 性能预估

• 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，假设判断题、选择题、大题占用字数分别为 100 字内、200 字内、200 字内。则共计字数：20*100+20*200+4*200=6800 字。

• 采用 UTF-8 编码格式，每个中文字符占 3 个字节，每门考试占用字节数：6800*3=20400 字节，即 19.9KB，按照 20KB 计算。

• 假设每门考试 30 人参加，则试卷总存储量为：1000 万*20 课/30 人*20KB=127GB，按照 150GB 计算。

2.2 估算结果

• 假设学校的考试都安排在某一个月内，并且提前 3 天放到存储，除去周末，即考试在 20 天内完成，则每 3 天试卷的存储量为：150GB*3 天/20 天=22.5GB。

• 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。

3. 存储系统选择

• 为了应对 5 万的 QPS，Redis 单机的 QPS 理论上在 5 万到 10 万，但从实际出发，采用 Redis Sentinel，一主两从。

• 每 3 天试卷存储量 22.5GB，单机可以支撑。

4. 存储方案设计

4.1 整体设计

• Redis Sentinel 作为试卷存储和访问。

• MySQL 集群 存储老师课程考试结果，学生基本信息。

• HBase 集群 存储学生考试结果、登录记录、图片信息。

4.2 Redis 数据结构设计

• Key: 学校 ID + 专业 ID + 考试 ID

• Value: 题目 ID + 题目内容，采用 JSON 格式

• 试卷初始存储位置为 MySQL，考试前 3 天加载到 Redis

4.3 试卷的读写流程设计

• 老师提前 3 天将试卷从 MySQL 添加到 Redis 缓存。

• 学生考试时从 Redis 中读取试卷。

• 学生考试结束提交试卷时存入 HBase 数据库。

• 老师从 HBase 数据库获取试卷进行批改，并将修改结果存入 HBase 中。

• 批改后的试卷将推送一份至 RockMQ 消息队列，最终存入 MySQL 数据库。

• 老师从 MySQL 中请求试卷进行分析。

4.4 服务器配置

• 采用 3 台服务器，每台 4 核、64GB 内存。

• 采用一主两从，单台 QPS 为 2 万，总计 6 万，满足请求试卷时的高峰读请求 5 万 QPS。