专项 · 系统设计第 1 课 / 共 5 课免费阅读

粗略估算 · 系统设计

一个有一百万用户的应用需要多少台服务器？

课程目录

为什么需要它

每一次系统设计都从规模开始。一个数据库还是五十个？数据是几个 GB 还是几百 TB？还不存在的系统没法测量，但一次快速的估算通常能把数量级估对，这就足以排除那些根本行不通的设计。面试也会考这个。

直觉理解

从已知推到所需，每次只做一步乘除：

每天请求数 = 日活用户 × 每人请求数
平均每秒 = 每天请求数 / 86,400（一天的秒数）
峰值每秒 = 平均值 × 峰值系数。流量不是一条直线；如果有类似流量的实测系数就用它，没有就自己选一个，并把它写下来
服务器数 = 峰值 / 一台服务器能扛的量，向上取整。「一台服务器能扛的量」来自压力测试，绝不能靠猜
再加一台备用，这样坏一台也扛得住（常写作 N + 1）

存储也是同样的算法：每天的条数 × 每条大小 × 保留天数 × 副本数。

数字保持取整。86,400 接近 100,000，所以每天一百万次请求，大约就是每秒 10 次。重点是又快又大致准确，并且把你的假设写出来，让别人能纠正。

定义

QPS

Queries (requests) per second: the usual unit of load.
每秒查询（请求）数：衡量负载的常用单位。

峰值系数

How much busier the busiest time is than the average.
最忙的时候比平均水平忙多少倍。

N + 1

Running one more server than the load needs, so one failure doesn't overload the rest.
比负载需要的多运行一台服务器，这样坏一台也不会压垮其他的。

示例

从用户数到服务器数

动手试试

一百万日活用户，每人 20 次请求，峰值系数 3，压力测试显示一台服务器每秒能扛 200 次。

import math

daily = 1_000_000 * 20
average = daily / 86_400
peak = average * 3
servers = math.ceil(peak / 200) + 1
print(round(average), round(peak), servers)

输出

231 694 5

逐步执行

L3每天两千万次请求。下划线只是让大数字更好读。
L4平均每秒约 231 次。
L5最忙的时候每秒约 694 次。
L6694 / 200 = 3.47 → 4 台，再加 1 台备用。5

照片的存储

动手试试

每天两百万张照片，每张 2 MB，保存一年，存 3 份。

photos_per_day = 2_000_000
mb_each = 2
days = 365
copies = 3
tb = photos_per_day * mb_each * days * copies / 1_000_000
print(tb, "TB")

输出

4380.0 TB

逐步执行

L5MB → TB 是除以一百万（按十进制单位）。
L6几千 TB：一台数据库服务器肯定不行，需要对象存储。

常见错误

按平均值设计

流量有高峰。按平均值配置的系统，每天晚上都会扛不住。

凭猜测估服务器能力

「一台服务器每秒能扛一万次」完全取决于每次请求要做多少工作。对你自己的服务做压力测试。

忘了副本和增长

备份、副本和明年的增长，常常让存储需求翻好几倍。

小测验

1. 这段代码会输出什么？

1
2

per_day = 8_640_000
print(per_day / 86_400)

A
```
100.0
```
B
```
1000.0
```
C
```
10.0
```

查看答案

答案：A

8,640,000 / 86,400 = 每秒 100 次。

2. 为什么在峰值所需之外再多加一台服务器？

A这样坏一台服务器服务也能撑住
B因为服务器只能是奇数台
C为了让负载均衡器更快

查看答案

答案：A

N + 1：任意坏掉一台，剩下的容量也够用。

动手练习

3 道练习，分三层：先预测程序的输出，再按新需求改程序，最后从零写一个。代码在浏览器里运行，提交马上判题。

预测输出取整的数
准确写出它打印的内容。
改需求每一份都要算
storage_tb 忘了每张照片要存 copies 份。修正它。
从零写要几台服务器？
写一个 servers_needed(daily_users, per_user, peak_factor, per_server)：
1. 峰值每秒 = daily_users × per_user / 86,400 × peak_factor
2. 负载所需的服务器 = 峰值 / per_server，向上取整，但至少 1 台
3. 返回这个数再加 1 台备用
```
servers_needed(1_000_000, 20, 3, 200)   # 5
```

在互动课里练这一课

打开互动课，这些例子都能直接改、直接运行，练习题提交马上判题。免费开始，不用注册。

打开互动课课程地图

本课术语

术语	中文	英文定义
QPS	每秒请求数	Requests per second.
Peak factor	峰值系数	How much busier the peak is than the average.
N + 1	N + 1 冗余	One spare server beyond what the load needs.