memcached全面剖析–5. memcached的应用和兼容程序

时间 2019-11-17

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memcached的连载终于要结束了。到上次为止，咱们介绍了与memcached直接相关的话题，本次介绍一些mixi的案例和实际应用上的话题，并介绍一些与memcached兼容的程序。ios

mixi案例研究

mixi在提供服务的初期阶段就使用了memcached。随着网站访问量的急剧增长，单纯为数据库添加slave已没法知足须要，所以引入了memcached。此外，咱们也从增长可扩展性的方面进行了验证，证实了memcached的速度和稳定性都能知足须要。如今，memcached已成为mixi服务中很是重要的组成部分。算法

图1 如今的系统组件数据库

服务器配置和数量

mixi使用了许许多多服务器，如数据库服务器、应用服务器、图片服务器、反向代理服务器等。单单memcached就有将近200台服务器在运行。 memcached服务器的典型配置以下：缓存

CPU：Intel Pentium 4 2.8GHz
内存：4GB
硬盘：146GB SCSI
操做系统：Linux（x86_64）

这些服务器之前曾用于数据库服务器等。随着CPU性能提高、内存价格降低，咱们积极地将数据库服务器、应用服务器等换成了性能更强大、内存更多的服务器。这样，能够抑制mixi总体使用的服务器数量的急剧增长，下降管理成本。因为memcached服务器几乎不占用CPU，就将换下来的服务器用做memcached服务器了。服务器

memcached进程

每台memcached服务器仅启动一个memcached进程。分配给memcached的内存为3GB，启动参数以下：网络

/usr/bin/memcached -p 11211 -u nobody -m 3000 -c 30720

因为使用了x86_64的操做系统，所以能分配2GB以上的内存。32位操做系统中，每一个进程最多只能使用2GB内存。也曾经考虑过启动多个分配2GB如下内存的进程，但这样一台服务器上的TCP链接数就会成倍增长，管理上也变得复杂，因此mixi就统一使用了64位操做系统。架构

另外，虽然服务器的内存为4GB，却仅分配了3GB，是由于内存分配量超过这个值，就有可能致使内存交换(swap)。连载的第2次中前坂讲解过了memcached的内存存储“slab allocator”，当时说过，memcached启动时指定的内存分配量是memcached用于保存数据的量，没有包括“slab allocator”自己占用的内存、以及为了保存数据而设置的管理空间。所以，memcached进程的实际内存分配量要比指定的容量要大，这一点应当注意。less

mixi保存在memcached中的数据大部分都比较小。这样，进程的大小要比指定的容量大不少。所以，咱们反复改变内存分配量进行验证，确认了3GB的大小不会引起swap，这就是如今应用的数值。异步

memcached使用方法和客户端

如今，mixi的服务将200台左右的memcached服务器做为一个pool使用。每台服务器的容量为3GB，那么全体就有了将近600GB的巨大的内存数据库。客户端程序库使用了本连载中屡次提到车的Cache::Memcached::Fast，与服务器进行交互。固然，缓存的分布式算法使用的是第4次介绍过的 Consistent Hashing算法。

Cache::Memcached::Fast - search.cpan.org

应用层上memcached的使用方法由开发应用程序的工程师自行决定并实现。可是，为了防止车轮再造、防止Cache::Memcached::Fast上的教训再次发生，咱们提供了Cache::Memcached::Fast的wrap模块并使用。

经过Cache::Memcached::Fast维持链接

Cache::Memcached的状况下，与memcached的链接（文件句柄）保存在Cache::Memcached包内的类变量中。在mod_perl和FastCGI等环境下，包内的变量不会像CGI那样随时从新启动，而是在进程中一直保持。其结果就是不会断开与memcached的链接，减小了TCP链接创建时的开销，同时也能防止短期内反复进行TCP链接、断开而致使的TCP端口资源枯竭。

可是，Cache::Memcached::Fast没有这个功能，因此须要在模块以外将Cache::Memcached::Fast对象保持在类变量中，以保证持久链接。

package Gihyo::Memcached;

use strict;
use warnings;
use Cache::Memcached::Fast;

my @server_list = qw/192.168.1.1:11211 192.168.1.1:11211/;
my $fast;  ## 用于保持对象

sub new {
    my $self  = bless {}, shift;
    if ( !$fast ) {
        $fast = Cache::Memcached::Fast->new({ servers => \@server_list });
    }
    $self->{_fast} = $fast;
    return $self;
}

sub get {
   my $self = shift;
   $self->{_fast}->get(@_);
}

上面的例子中，Cache::Memcached::Fast对象保存到类变量$fast中。

公共数据的处理和rehash

诸如mixi的主页上的新闻这样的全部用户共享的缓存数据、设置信息等数据，会占用许多页，访问次数也很是多。在这种条件下，访问很容易集中到某台memcached服务器上。访问集中自己并非问题，可是一旦访问集中的那台服务器发生故障致使memcached没法链接，就会产生巨大的问题。

连载的第4次中提到，Cache::Memcached拥有rehash功能，即在没法链接保存数据的服务器的状况下，会再次计算hash值，链接其余的服务器。

可是，Cache::Memcached::Fast没有这个功能。不过，它可以在链接服务器失败时，短期内再也不链接该服务器的功能。

my $fast = Cache::Memcached::Fast->new({
    max_failures     => 3,
    failure_timeout  => 1
});

在failure_timeout秒内发生max_failures以上次链接失败，就再也不链接该memcached服务器。咱们的设置是1秒钟3次以上。

此外，mixi还为全部用户共享的缓存数据的键名设置命名规则，符合命名规则的数据会自动保存到多台memcached服务器中，取得时从中仅选取一台服务器。建立该函数库后，就可使memcached服务器故障再也不产生其余影响。

memcached应用经验

到此为止介绍了memcached内部构造和函数库，接下来介绍一些其余的应用经验。

经过daemontools启动

一般状况下memcached运行得至关稳定，但mixi如今使用的最新版1.2.5 曾经发生过几回memcached进程死掉的状况。架构上保证了即便有几台memcached故障也不会影响服务，不过对于memcached进程死掉的服务器，只要从新启动memcached，就能够正常运行，因此采用了监视memcached进程并自动启动的方法。因而使用了daemontools。

daemontools是qmail的做者DJB开发的UNIX服务管理工具集，其中名为supervise的程序可用于服务启动、中止的服务重启等。

daemontools

这里不介绍daemontools的安装了。mixi使用了如下的run脚原本启动memcached。

#!/bin/sh

if [ -f /etc/sysconfig/memcached ];then
        . /etc/sysconfig/memcached
fi

exec 2>&1
exec /usr/bin/memcached -p $PORT -u $USER  -m $CACHESIZE -c $MAXCONN $OPTIONS

监视

mixi使用了名为“nagios”的开源监视软件来监视memcached。

Nagios: Home

在nagios中能够简单地开发插件，能够详细地监视memcached的get、add等动做。不过mixi仅经过stats命令来确认memcached的运行状态。

define command {
command_name                   check_memcached
command_line                   $USER1$/check_tcp -H $HOSTADDRESS$ -p 11211 -t 5 -E -s 'stats\r\nquit\r\n' -e 'uptime' -M crit
}

此外，mixi将stats目录的结果经过rrdtool转化成图形，进行性能监视，并将天天的内存使用量作成报表，经过邮件与开发者共享。

memcached的性能

连载中已介绍过，memcached的性能十分优秀。咱们来看看mixi的实际案例。这里介绍的图表是服务所使用的访问最为集中的memcached服务器。

图2 请求数

图3 流量

图4 TCP链接数

从上至下依次为请求数、流量和TCP链接数。请求数最大为15000qps，流量达到400Mbps，这时的链接数已超过了10000个。该服务器没有特别的硬件，就是开头介绍的普通的memcached服务器。此时的CPU利用率为：

图5 CPU利用率

可见，仍然有idle的部分。所以，memcached的性能很是高，能够做为Web应用程序开发者放心地保存临时数据或缓存数据的地方。

兼容应用程序

memcached的实现和协议都十分简单，所以有不少与memcached兼容的实现。一些功能强大的扩展能够将memcached的内存数据写到磁盘上，实现数据的持久性和冗余。连载第3次介绍过，之后的memcached的存储层将变成可扩展的（pluggable），逐渐支持这些功能。

这里介绍几个与memcached兼容的应用程序。

repcached: 为memcached提供复制(replication)功能的patch。
Flared: 存储到QDBM。同时实现了异步复制和fail over等功能。
memcachedb: 存储到BerkleyDB。还实现了message queue。
Tokyo Tyrant: 将数据存储到Tokyo Cabinet。不只与memcached协议兼容，还能经过HTTP进行访问。

Tokyo Tyrant案例

mixi使用了上述兼容应用程序中的Tokyo Tyrant。Tokyo Tyrant是平林开发的 Tokyo Cabinet DBM的网络接口。它有本身的协议，但也拥有memcached兼容协议，也能够经过HTTP进行数据交换。Tokyo Cabinet虽然是一种将数据写到磁盘的实现，但速度至关快。

mixi并无将Tokyo Tyrant做为缓存服务器，而是将它做为保存键值对组合的DBMS来使用。主要做为存储用户上次访问时间的数据库来使用。它与几乎全部的mixi服务都有关，每次用户访问页面时都要更新数据，所以负荷至关高。MySQL的处理十分笨重，单独使用memcached保存数据又有可能会丢失数据，因此引入了Tokyo Tyrant。但无需从新开发客户端，只需原封不动地使用Cache::Memcached::Fast便可，这也是优势之一。关于Tokyo Tyrant的详细信息，请参考本公司的开发blog。

总结

到本次为止，“memcached全面剖析”系列就结束了。咱们介绍了memcached的基础、内部结构、分散算法和应用等内容。读完后若是您能对memcached产生兴趣，就是咱们的荣幸。关于mixi的系统、应用方面的信息，请参考本公司的开发blog。感谢您的阅读。