Memcached的内存管理与删除机制

简介

注意:Memcache最大的value也只能是1M的空间,超过1M的数据无法保存(修改memcache源代码)。

注意:内存碎片化永远都存在,只是哪一种方式可以使得内存碎片最小。

1. 什么是内存碎片化?

在使用这种内存缓存系统的时候,由于不断的申请,释放,就会形成一些很小的内存片段,无法被利用,这种现象就叫做,内存的碎片化。这个小块就是操作系统无法使用的空间。

    注意:内存碎片化永远存在,无法消除,但是可以利用最好的算法,降到最低。

注意:磁盘也是存在碎片化

2. 如何解决?

memcache利用slab allocator的方式来管理(每个slab class大小为1M

最小的单元叫做 chunk(小块):存放数据的仓库

多个小单元组成一个chunks:多个小块组成(所有的小块的大小全部一致)

每个 slab class的大小为1M

注意:单个chunk 最大只能为 1M,也就是memcache的value值最大为1M

3. memcache如何选择合适的大小?

注意:如果 122Bytes的slab装满了,现在有一个100Bytes的数据来了,存到哪里去?

答:肯定不会存在144,还是存在122这个chunk里面,利用LRU算法来实现数据存储。

LRU算法:最近最少使用原则。最近一段时间来,哪一个数据基本完成没有被使用过,则就清除掉这个数据。然后让新数据放到里面。

 

但是,固定chunk带来的内存浪费,如下22B

 

4. factor调优

memcached在启动的时候,会按照一定的大小来组织slab class,可以通过-f 来指定

默认是1.3,相邻chunk之间的比值就是增加因子。可以根据自己网站的业务调整缓存因子的大小

是因为每个业务不一样,所需要的最小的chunk是不一样的。这个参数使得我们的系统变得更加适应自己的业务,因为数据可以自己设定大小。

 

5. memcache的惰性删除

memcached内部不会监视记录是否过期,而是在get时查看记录的时间戳,检查记录是否过期。这种行为被称为lazy(惰性)expiration。因此,好处是memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。

比如:有 set(name, asion, 0, 3600) 过了3600秒就失效,失效后,并不会自动删除,只有当get查询时,检测是否过期,如果过期则删除,填充新的数据

 

6. memcache的LRU算法

memcached会优先使用已超时的记录的空间,但即使如此,也会发生追加新记录时空间不足的情况,此时就要使用名为 Least Recently Used(LRU)机制来分配空间。

顾名思义,这是删除"最近最少使用"的记录的机制。因此,当memcached的内存空间不足时(无法从slab class 获取到新的空间时),就从最近未被使用的记录中搜索,并将其空

间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看,该模型十分理想。

 

当mecache里面的数据空间(默认是64M)已经占满了,再继续存储数据能否存储呢?

答:能存储,要删除过期的数据,如果都没有过期,则删除最不活跃的数据,腾出空间给后面添加数据。

例如:以122Bytes的slab举例,当数据装满后,如果来了一个100Bytes数据,如何处理?

分析:内存的管理 LRU算法 、FIFO算法(基本不用)

 

7. memcache的一些参数

注意:在vim下如果输入了 ctrl+s 可以使用 ctrl+q 退出

 

-p 监听的端口

-l 连接的IP地址, 默认是本机

-d start 启动memcached服务

-d restart 重起memcached服务

-d stop|shutdown 关闭正在运行的memcached服务

-d install 安装memcached服务

-d uninstall 卸载memcached服务

-u 以的身份运行 (仅在以root运行的时候有效)

-m 最大内存使用,单位MB。默认64MB

注意:如果系统是32位的,则最大限制为2G,如果系统是64位,则无限制。

-M 内存耗尽时返回错误,而不是删除项

-c 最大同时连接数,默认是1024

-f 块大小增长因子,默认是3

-n 最小分配空间,key+value+flags默认是48

-h 显示帮助

-v 输出警告和错误信息

-vv 打印客户端的请求和返回信息

-i 打印memcached和libevent的版权信息

高级特性

分布式memcache配置

什么是分布式?

答:由于单台memcache的服务能力有限(单台服务器的内存大小是有限的),可以使用多台memcache来提供缓存的功能,这种架构就叫做memcache的分布式缓存系统。

如何实现?

答:在客户端实现分布式(就是在php程序端实现对数据进行分布式保存,php程序决定数据保存众多分布式服务器中的其中一台),在数据保存之前,根据一定的算法,将数据保存到那台memcache服务器上,在获取数据的时候,按照前面相同的算法去对应的memcache服务器上获取数据

分布式算法

  1. 取摸算法

    将key的值对服务器的台数取模,然后将对应的value值保存到对应的余数的那台memcache服务器上,一般这个hash函数 crc32( key ) % 3

    crc32()这个函数可以使得一个字符串变成一个32位的整数

     

    坏处:当某一台服务器宕机或者需要增加一台服务器的时候,这个时候缓存数据基本全部失效,因为除数变了。 不严格的公式, 命中率 = 取到数据/总数 1/N N代表服务器的台数

     

    引发出来的问题:当memcache宕机之后,缓存数据失效,这个时候MySQL的压力会骤增,

    这个时候,MySQL会宕机,然后在重启MySQL,MySQL会在短时期内再次宕机,然后,稍微延迟一点(缓存已经重新建立了一部分),又宕机。随着时间的慢慢推移,MySQL基本上趋于稳定,缓存系统成功建立。

    因为缓存数据不存在,所有的请求全部要转向MySQL来提供,这种现象就叫做memcache的雪崩现象

     

    概图:

     

    实操:

  2. 使用分布式缓存

  3. 从分布式获取

  4. 效果

     

     

  5. 一致性hash实现分布式

  6. 设置一个 0 - 2^32次方的圆环
  7. 将服务器的IP通过某种hash函数(crc32)映射为圆环上点(服务器的位置)
  8. 将数据的key也安装hash函数运算,从起点0 开始,按照圆环顺时针方向旋转,将对应的值保存到不比自己小的一个服务器位置上。

    好处:当某一台服务器宕机之后,数据的影响是最小的,只影响当前这一台服务器上的数据。

    缓存雪崩现象

    由于某个memcache节点的缓存数据失效,导致其他memcache节点的缓存命中率下降,缓存中缺失的数据会去MySQL数据库中查询,短时期内,造成了MySQL服务器压力巨大,���成宕机,就叫做缓存雪崩现象

    雪崩造成的原因?

  9. 由于算法不当,取摸算法,造成大量缓存失效,会引发雪崩

    解决方案:一致性hash算法

  10. 缓存时间都是同一时间,缓存系统会在同一时间全部失效,这个也会造成雪崩

    解决方案:缓存时间设置成一个范围内的随机时间(3-9小时)

    memcache如何做高可用

  11. 使用 repcached实现,全称 replication cached是由日本人发明的memcached的高可用性技术,简称复制缓冲区技术。
  12. MemcacheDB是一个分布式、key-value形式的 持久存储系统由sina人员开发。它不是一个缓存组件,而是一个基于对象存取的、可靠的、快速的持久存储引擎。协议跟memcache一致(不完整),所以很多memcached客户端都可以跟它连接。MemcacheDB采用Berkeley DB作为持久存储组件,故很多Berkeley DB的特性的他都支持。

    扩展

  13. 如何在Linux下给一个php添加一个扩展,说出 通用步骤(redis)

    答:

    1. 下载对应扩展源码
    2. 上传放入/usr/local/src/
    3. 解压 并进入文件夹内
    4. 在文件夹内执行 绝对路径下的 phpize /usr/local/php/bin/phpize
    5. 执行configure ./configure --with-php-config= /usr/local/php/bin/php-config
    6. make && make install
    7. 生成一个目录文件,文件下面有一个.so 结尾的文件
    8. 修改php.ini文件
    9. 增加 extension_dir = 目录 extension= .so文件
    10. 重启Apache
    11. 添加 phpinfo()
    12. 浏览器查看
  14. memcache的安全性如何解决?

    答:

    由于memcache的本身设计就是极为简洁的,根本没有设置权限方面的限制。为什么不设置权限? 只提供缓存功能,为了精简

  15. 放在内网 192.168.1.110 内网IP外网无法访问
  16. 写一个 防火墙验证规则,只允许自己规定IP的包可以转进来,其他的全部丢弃

    3. 当使用文件保存session文件时候,如果文件过多,如何处理?

    一般来说,超过65535个session文件的时候,这个时候session的获取就会变得异常缓慢,意味php代码执行很慢,如何解决?

    答:

    分层处理: 一个文件夹下建立A-Z开头的文件夹 然后A_Z在建立

    使用memcache处理: 单台memcache处理能力有限,就使用分布式memcache来处理

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转载自www.linuxidc.com/Linux/2016-04/129962.htm