前言

本架构设计方案适用于管理系统考试存储方案设计文档，用于指导千万级管理系统的考试试卷的存储方案。

1. 业务背景

本系统主要是应用于考试试卷存储方案的设计，用于支撑千万级学生管理系统考试试卷的存储。假设每门学科每学期 2 次考试，每个学生平均每个学期 20 门课程，则考试存储量预估记录如下为：

在校学生：1000 万 * 20（课）* 2（考试次数） * 2000（试卷 + 答案解析）* 2（学期） * 3（只有前三年考试）= 4.8T。

离校学生每年记录为： 0.5T

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/s。

• 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/秒。

2. 约束和限制

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

3. 总体架构

3.1 架构分析

1. 学生考试结果数据需要永久存档，数据会持续增长，需要分片存储，并且由于针对考试成绩的大量查询只在于改卷结束后，历史的查询会逐步递减，因此需要处理冷热分离存储。

2. 试卷 QPS 请求高达 5w/s, 需要对试卷内容进行缓存，需要评估大概的缓存容量：3000 大学，每个大学开设 50 个专业，一次考试生成 3000 * 50 = 15w 套试卷，按 5 天的考试量计算， 这些每次同时考试的量在 3w 左右。 每套试卷大约 1M, 在同一天考试最高存储量为：30Gb。 可配置一台 32Gb redis 服务专用于试卷缓存的存储，可以加分片存储。

3.2 总体架构

1. 试卷存储访问，读取 qps 比较大，且需要高可用，因此采用 redis 缓存。单台服务器可缓存所有试卷内容，且单台服务器可以抗住 5W 的 QPS，因此不用考虑数据分片，但是考试时读取试卷不能出现故障，需要保证高可用，因此引入 Redis sentinel 部署模式，采用 3 台服务器，1 主 2 从，每台机器同时部署哨兵进程和 Redis 服务进程。

2. 课程考试结果：主要记录课程的考试结果，用于基本信息查询，而且数据存储初期结果采用 redis 缓存， 后期采用 mysql 永久存储。

4. 详细设计

4.1 核心功能

1. 考试试卷缓存设计： 以 学校编号+课程编号+年级编号 作为缓存 key, 把考试内容以 json 的方式存储在缓存中

2. 考试结果存储设计：以学校编号+ 年级编号+ 考试编号作为缓存 key ，考试分数作为结果存储中。 数据表 mysql 按照学校代号作为库名划分，数据表字段名: 主键 id、课程 ID、学生学号、考试成绩结果