memcached全面剖析–5. memcached的應用和兼容程序

時間 2019-11-17

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memcached的連載終於要結束了。到上次爲止，咱們介紹了與memcached直接相關的話題，本次介紹一些mixi的案例和實際應用上的話題，並介紹一些與memcached兼容的程序。ios

mixi案例研究

mixi在提供服務的初期階段就使用了memcached。隨着網站訪問量的急劇增長，單純爲數據庫添加slave已沒法知足須要，所以引入了memcached。此外，咱們也從增長可擴展性的方面進行了驗證，證實了memcached的速度和穩定性都能知足須要。如今，memcached已成爲mixi服務中很是重要的組成部分。算法

圖1 如今的系統組件數據庫

服務器配置和數量

mixi使用了許許多多服務器，如數據庫服務器、應用服務器、圖片服務器、反向代理服務器等。單單memcached就有將近200臺服務器在運行。 memcached服務器的典型配置以下：緩存

CPU：Intel Pentium 4 2.8GHz
內存：4GB
硬盤：146GB SCSI
操做系統：Linux（x86_64）

這些服務器之前曾用於數據庫服務器等。隨着CPU性能提高、內存價格降低，咱們積極地將數據庫服務器、應用服務器等換成了性能更強大、內存更多的服務器。這樣，能夠抑制mixi總體使用的服務器數量的急劇增長，下降管理成本。因爲memcached服務器幾乎不佔用CPU，就將換下來的服務器用做memcached服務器了。服務器

memcached進程

每臺memcached服務器僅啓動一個memcached進程。分配給memcached的內存爲3GB，啓動參數以下：網絡

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

因爲使用了x86_64的操做系統，所以能分配2GB以上的內存。32位操做系統中，每一個進程最多隻能使用2GB內存。也曾經考慮過啓動多個分配2GB如下內存的進程，但這樣一臺服務器上的TCP鏈接數就會成倍增長，管理上也變得複雜，因此mixi就統一使用了64位操做系統。架構

另外，雖然服務器的內存爲4GB，卻僅分配了3GB，是由於內存分配量超過這個值，就有可能致使內存交換(swap)。連載的第2次中前阪講解過了memcached的內存存儲「slab allocator」，當時說過，memcached啓動時指定的內存分配量是memcached用於保存數據的量，沒有包括「slab allocator」自己佔用的內存、以及爲了保存數據而設置的管理空間。所以，memcached進程的實際內存分配量要比指定的容量要大，這一點應當注意。less

mixi保存在memcached中的數據大部分都比較小。這樣，進程的大小要比指定的容量大不少。所以，咱們反覆改變內存分配量進行驗證，確認了3GB的大小不會引起swap，這就是如今應用的數值。異步

memcached使用方法和客戶端

如今，mixi的服務將200臺左右的memcached服務器做爲一個pool使用。每臺服務器的容量爲3GB，那麼全體就有了將近600GB的巨大的內存數據庫。客戶端程序庫使用了本連載中屢次提到車的Cache::Memcached::Fast，與服務器進行交互。固然，緩存的分佈式算法使用的是第4次介紹過的 Consistent Hashing算法。

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

應用層上memcached的使用方法由開發應用程序的工程師自行決定並實現。可是，爲了防止車輪再造、防止Cache::Memcached::Fast上的教訓再次發生，咱們提供了Cache::Memcached::Fast的wrap模塊並使用。

經過Cache::Memcached::Fast維持鏈接

Cache::Memcached的狀況下，與memcached的鏈接（文件句柄）保存在Cache::Memcached包內的類變量中。在mod_perl和FastCGI等環境下，包內的變量不會像CGI那樣隨時從新啓動，而是在進程中一直保持。其結果就是不會斷開與memcached的鏈接，減小了TCP鏈接創建時的開銷，同時也能防止短期內反覆進行TCP鏈接、斷開而致使的TCP端口資源枯竭。

可是，Cache::Memcached::Fast沒有這個功能，因此須要在模塊以外將Cache::Memcached::Fast對象保持在類變量中，以保證持久鏈接。

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;  ## 用於保持對象

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對象保存到類變量$fast中。

公共數據的處理和rehash

諸如mixi的主頁上的新聞這樣的全部用戶共享的緩存數據、設置信息等數據，會佔用許多頁，訪問次數也很是多。在這種條件下，訪問很容易集中到某臺memcached服務器上。訪問集中自己並非問題，可是一旦訪問集中的那臺服務器發生故障致使memcached沒法鏈接，就會產生巨大的問題。

連載的第4次中提到，Cache::Memcached擁有rehash功能，即在沒法鏈接保存數據的服務器的狀況下，會再次計算hash值，鏈接其餘的服務器。

可是，Cache::Memcached::Fast沒有這個功能。不過，它可以在鏈接服務器失敗時，短期內再也不鏈接該服務器的功能。

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

在failure_timeout秒內發生max_failures以上次鏈接失敗，就再也不鏈接該memcached服務器。咱們的設置是1秒鐘3次以上。

此外，mixi還爲全部用戶共享的緩存數據的鍵名設置命名規則，符合命名規則的數據會自動保存到多臺memcached服務器中，取得時從中僅選取一臺服務器。建立該函數庫後，就可使memcached服務器故障再也不產生其餘影響。

memcached應用經驗

到此爲止介紹了memcached內部構造和函數庫，接下來介紹一些其餘的應用經驗。

經過daemontools啓動

一般狀況下memcached運行得至關穩定，但mixi如今使用的最新版1.2.5 曾經發生過幾回memcached進程死掉的狀況。架構上保證了即便有幾臺memcached故障也不會影響服務，不過對於memcached進程死掉的服務器，只要從新啓動memcached，就能夠正常運行，因此採用了監視memcached進程並自動啓動的方法。因而使用了daemontools。

daemontools是qmail的做者DJB開發的UNIX服務管理工具集，其中名爲supervise的程序可用於服務啓動、中止的服務重啓等。

daemontools

這裏不介紹daemontools的安裝了。mixi使用瞭如下的run腳原本啓動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

監視

mixi使用了名爲「nagios」的開源監視軟件來監視memcached。

Nagios: Home

在nagios中能夠簡單地開發插件，能夠詳細地監視memcached的get、add等動做。不過mixi僅經過stats命令來確認memcached的運行狀態。

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將stats目錄的結果經過rrdtool轉化成圖形，進行性能監視，並將天天的內存使用量作成報表，經過郵件與開發者共享。

memcached的性能

連載中已介紹過，memcached的性能十分優秀。咱們來看看mixi的實際案例。這裏介紹的圖表是服務所使用的訪問最爲集中的memcached服務器。

圖2 請求數

圖3 流量

圖4 TCP鏈接數

從上至下依次爲請求數、流量和TCP鏈接數。請求數最大爲15000qps，流量達到400Mbps，這時的鏈接數已超過了10000個。該服務器沒有特別的硬件，就是開頭介紹的普通的memcached服務器。此時的CPU利用率爲：

圖5 CPU利用率

可見，仍然有idle的部分。所以，memcached的性能很是高，能夠做爲Web應用程序開發者放心地保存臨時數據或緩存數據的地方。

兼容應用程序

memcached的實現和協議都十分簡單，所以有不少與memcached兼容的實現。一些功能強大的擴展能夠將memcached的內存數據寫到磁盤上，實現數據的持久性和冗餘。連載第3次介紹過，之後的memcached的存儲層將變成可擴展的（pluggable），逐漸支持這些功能。

這裏介紹幾個與memcached兼容的應用程序。

repcached: 爲memcached提供複製(replication)功能的patch。
Flared: 存儲到QDBM。同時實現了異步複製和fail over等功能。
memcachedb: 存儲到BerkleyDB。還實現了message queue。
Tokyo Tyrant: 將數據存儲到Tokyo Cabinet。不只與memcached協議兼容，還能經過HTTP進行訪問。

Tokyo Tyrant案例

mixi使用了上述兼容應用程序中的Tokyo Tyrant。Tokyo Tyrant是平林開發的 Tokyo Cabinet DBM的網絡接口。它有本身的協議，但也擁有memcached兼容協議，也能夠經過HTTP進行數據交換。Tokyo Cabinet雖然是一種將數據寫到磁盤的實現，但速度至關快。

mixi並無將Tokyo Tyrant做爲緩存服務器，而是將它做爲保存鍵值對組合的DBMS來使用。主要做爲存儲用戶上次訪問時間的數據庫來使用。它與幾乎全部的mixi服務都有關，每次用戶訪問頁面時都要更新數據，所以負荷至關高。MySQL的處理十分笨重，單獨使用memcached保存數據又有可能會丟失數據，因此引入了Tokyo Tyrant。但無需從新開發客戶端，只需原封不動地使用Cache::Memcached::Fast便可，這也是優勢之一。關於Tokyo Tyrant的詳細信息，請參考本公司的開發blog。