前言

文本是学生管理系统考试试卷存储方案，用于指导考试试卷存储方案的开发与落地。

1 业务背景

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），在校学生能够看到自己曾经的考试结果，考试结果永久保存。

2 约束与限制

考试试卷永久保存

本期不考虑试卷中有图片的情况

3 用户行为建模和性能估算

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，

因此请求试卷估算如下：

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。

试卷存储空间估算：

查询以我毕业高校本科生专业目录，96 个专业，每个专业的学生平均 20 门课程，

假设判断题平均 50 个汉字，选择题平均 150 个汉字，大题 100 个汉字，统一采用 UTF8 编码，每张试卷的大小：(20 * 50 + 20 * 150 + 4 * 100)* 3 = 13200 Byte

1）每年试卷存储

96（专业） * 20（课）* 2（次）* 13200 = 50688000 ~= 48 MB

假设平均每所高校 3 万人，可接入 1000 / 3 ～= 300 所高校，

总存储空间：300 * 48 MB ～= 15 GB

同专业不同学科之间有部分课程是相同的，估算每年试卷存储 15 * 80 % = 12 GB

2）每天试卷存储估算

一年考试两次，一学期为 6GB，考试时间为 20 天，平均每天 300MB

请求试卷的带宽总占用

50000 QPS * 13200 * 8 = 4.9 Gb

4 存储系统选择

1) 当前考试数据存储

考试需要支持高并发量，支持 5w QPS，redis 单机可支持，存储数据量 redis 单机可支持，考试期间需要保证服务高可用，需要故障自动切换功能；因此选用 redis sentinel 存储方案

2) 考试全量数据存储

全量数据每年新增 12GB，考虑到业务增长，系统长时间运行全量数据会很大，单机无法支持，因此需要采用分片架构。

试卷内容与考试信息、考试成绩、学生信息等关联不大，可以不用关系型数据库，可以用 HBase 存储全量数据。

5 存储方案设计

1) 当前考试试卷

不同的学校分在不同的 DB 中，db 为学校 ID；

考虑到试卷创建后，不会被修改，直接使用 list 存储；

key：课程 ID

value：[[题目类型, 内容], ...]

题目类型：1 判断题，2 选择题， 3 大题

内容为 json 格式，{"stem": "题目内容", "options":[items...]}

读写分析

开始考试前，系统在全量试卷信息中查询考试试题，将考试试卷数据以 list 的方式，写入到 redis sentinel 集群中，设定过期时间为两小时；

开始考试后，在学校 ID 的 db 中，以课程 ID 为 key 读取试卷试题。

2）全量试卷数据

不同的学校数据分布在不同的 table，表名为学校 ID；

row key：课程 ID + 学期（YYYY_X，如 2022_1，表示 2022 年第一学期)

column family: exam

column：type 题目类型，stem 内容， options_num 选项数量，options_n 选项内容

读写分析

老师录入考试题并提交，在学校 ID 的 table 中以 row key 写入考试内容，考试基本信息写入数据库中；

查询考试试题，或开始考试加载考试试题时，在学校 ID 的 table 中以 row key 读取考试内容。

6 Redis sentinel 集群服务器数量和性能

sentinel 机器 3 台，1 核，1G 内存

由于 redis 单进程模型，考虑到操作系统其它进程，使用 2 台作为数据节点，一主一从，2 核 2G 内存