如何设计业务高性能高可用存储架构 - 作业

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。

数据估算

数据大小

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)

假设每个学生平均一学期 20 门课，其中基础课 10 门，专业必修课 5 门，专业课 5 门。500 所学校有 10 个学院，每个学院 10 个专业。每个题目占用 50 字节。

估算所得，

总共课程数

500 * [100 * 5（专业课）+ 10 * 5（专业必修课）+ 10 （公共基础课)]= 280,000 门课程

学年总考试数

280000 * 2 = 560,000

考试试卷数据大小

试题大小：560,000 * 50 字节 *44 题 = 1.2GB

答案大小：560,000 *（ 200 字节 *4 题 + 2 字节*20 题） = 450MB

数据请求并发

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

请求试卷 QPS

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。

数据结构设计

每个学校的每门课程使用 hash 来存储，试题和答案分开存储，Redis 存储 3 年试题数据（1.65G * 3 = 4.95GB）

试题 hash

Key: Item+学校 ID+课程 ID+考试日期

Hash Key：题目 ID

Value： 试题内容

答案 hash

Key: Answer+学校 ID+课程 ID+考试日期

Hash Key：题目 ID

Value： 试题答案

读写分析

1. 老师准备试卷，将课程考试题目一题一题存入 Redis 试题 hash

2. 学生通过学校 ID，课程 ID 和题目 ID 来获取试题

考试流程

1. 学生登系统获取学生 ID，学校 ID

2. 在 MySQL 选课表中，根据学生 ID 查询到当前是否需要参加课程考试，如果需要，返回课程 ID 和考试日期

3. 根据课程 ID，利用`hgetall`命令，获取课程试题所有题目 ID 和试题内容

存储架构

1. 试题+答案数据大小<2GB, 使用 1 * Redis Master + 2 * Redis Slave 的 sentinel 架构已经够用。(简单原则)

2. Redis node 配置：16vCPU, 32G Memory (合适原则)

3. 集群性能能支撑 5 万/每秒的试题请求

4. 试题数据主从复制，每个节点都可支持读请求，Master 故障自动切换到 Slave