架构训练营模块四作业

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：

1）完善 Redis 的数据结构设计，明确具体使用哪种 Redis 数据结构

2）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）

3）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

【需求估算】

原场景中的性能指标为：

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

题目中未给出的两个试卷存储性能指标估算如下：

1. 由于考试试卷通常是各学校的各专业课出的，假设平均 100 人选一门课，则是试卷的份数是考试结果数的百分之一，单份试卷按每道题目平均 100 字、共 50 题计算，对应的试卷存储量为：

1000 万/100（学生专业课数）*20（课）*2（考试次数）*5000（试卷）2（学期） *3(只有前三年考试） = 120G

2. 老师上传试卷一般是没有很严格的时间限制的，但我们假设每门课的试卷都在考试前一小时内由老师上传到服务器，则上传试卷的 TPS 为：

1000 万/100（学生专业课数）/3600（秒）= 27/s

【数据结构设计】

由于每次考试的试卷只需要整体上传和整体下载，不会单独读写每道题目，因此每次的试卷可以整体存为一个字符串。在 Redis 中采用基础的数据结构 String 存储即可。

Key：学校 ID+考试 ID

Value：试卷内容 String

【读写流程设计】

1. 老师上传试卷内容，直接按照 key 保存试卷内容字符串作为 value

2. 学生下载试卷时，按照 key 读取 value 获得试卷内容

【性能评估】

1. 存储数据量 120G，单机可以存储所有数据

2. 写请求 TPS 27/s, 单机可以支撑

3. 读请求 QPS 5 万/s，按 Redis 单机读性能 qps 5 万/s 来评估的话，单机已经可以支撑读性能了。

4. Redis sentinel 架构属于集群选举方式，sentinel 节点部署三台服务器保障自身的高可用；考虑到存储量和读写性能单机均能满足，redis 只需要部署一主一从两台服务器即可，写请求指向主服务器，读请求可以指向主或从服务器。