作者:长野雅广(Masahiro Nagano)
原文链接:http://gihyo.jp/dev/feature/01/memcached/0005
我是Mixi的长野。memcached的连载最终要结束了。 到上次为止, 我们介绍了与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。
mixi案例研究
mixi在提供服务的初期阶段就使用了memcached。 随着站点訪问量的急剧添加�,单纯为数据库加入�slave已无法满足须要,因此引入了memcached。 此外,我们也从添加�可扩展性的方面进行了验证,证明了memcached的速度和稳定性都能满足须要。 如今,memcached已成为mixi服务中很重要的组成部分。
图1 如今的系统组件
server配置和数量
mixi使用了许很多多server,如数据库server、应用server、图片server、 反向代理server等。单单memcached就有将近200台server在执行。 memcachedserver的典型配置例如以下:
- CPU:Intel Pentium 4 2.8GHz
- 内存:4GB
- 硬盘:146GB SCSI
- 操作系统:Linux(x86_64)
这些server曾经曾用于数据库server等。随着CPU性能提升、内存价格下降, 我们积极地将数据库server、应用server等换成了性能更强大、内存很多其它的server。 这样,能够抑制mixi总体使用的server数量的急剧添加�,减少管理成本。 因为memcachedserver差点儿不占用CPU,就将换下来的server用作memcachedserver了。
memcached进程
每台memcachedserver仅启动一个memcached进程。分配给memcached的内存为3GB, 启动參数例如以下:
/usr/bin/memcached -p 11211 -u nobody -m 3000 -c 30720
因为使用了x86_64的操作系统,因此能分配2GB以上的内存。32位操作系统中, 每一个进程最多仅仅能使用2GB内存。也以前考虑过启动多个分配2GB下面内存的进程, 但这样一台server上的TCP连接数就会成倍添加�,管理上也变得复杂, 所以mixi就统一使用了64位操作系统。
另外,尽管server的内存为4GB,却仅分配了3GB,是由于内存分配量超过这个值, 就有可能导致内存交换(swap)。连载的第2次中 前坂解说过了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,没有包含“slab allocator”本身占用的内存、 以及为了保存数据而设置的管理空间。因此,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。
mixi保存在memcached中的数据大部分都比較小。这样,进程的大小要比 指定的容量大非常多。因此,我们重复改变内存分配量进行验证, 确认了3GB的大小不会引发swap,这就是如今应用的数值。
memcached用法和client
如今,mixi的服务将200台左右的memcachedserver作为一个pool使用。 每台server的容量为3GB,那么全体就有了将近600GB的巨大的内存数据库。 client程序库使用了本连载中多次提到车的Cache::Memcached::Fast, 与server进行交互。当然,缓存的分布式算法使用的是 第4次介绍过的 Consistent Hashing算法。
应用层上memcached的用法由开发应用程序的project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, 我们提供了Cache::Memcached::Fast的wrap模块并使用。
通过Cache::Memcached::Fast维持连接
Cache::Memcached的情况下,与memcached的连接(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那样随时又一次启动, 而是在进程中一直保持。其结果就是不会断开与memcached的连接, 降低了TCP连接建立时的开销,同一时候也能防止短时间内重复进行TCP连接、断开 而导致的TCPport资源枯竭。
可是,Cache::Memcached::Fast没有这个功能,所以须要在模块之外 将Cache::Memcached::Fast对象保持在类变量中,以保证持久连接。
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;
$self->{_fast}->get(@_);
}
上面的样例中,Cache::Memcached::Fast对象保存到类变量$fast中。
公共数据的处理和rehash
诸如mixi的主页上的新闻这种全部用户共享的缓存数据、设置信息等数据, 会占用很多页,訪问次数也非常多。在这种条件下,訪问非常easy集中到某台memcachedserver上。 訪问集中本身并非问题,可是一旦訪问集中的那台server发生问题导致memcached无法连接, 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,即在无法连接保存数据的server的情况下, 会再次计算hash值,连接其它的server。
可是,Cache::Memcached::Fast没有这个功能。只是,它可以在连接server失败时, 短时间内不再连接该server的功能。
my $fast = Cache::Memcached::Fast->new({
max_failures => 3,
failure_timeout => 1
});
在failure_timeout秒内发生max_failures以上次连接失败,就不再连接该memcachedserver。 我们的设置是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己主动保存到多台memcachedserver中, 取得时从中仅选取一台server。创建该函数库后,就能够使memcachedserver故障 不再产生其它影响。
memcached应用经验
到此为止介绍了memcached内部构造和函数库,接下来介绍一些其它的应用经验。
通过daemontools启动
通常情况下memcached执行得相当稳定,但mixi如今使用的最新版1.2.5 以前发生过几次memcached进程死掉的情况。架构上保证了即使有几台memcached故障 也不会影响服务,只是对于memcached进程死掉的server,仅仅要又一次启动memcached, 就能够正常执行,所以採用了监视memcached进程并自己主动启动的方法。 于是使用了daemontools。
daemontools是qmail的作者DJB开发的UNIX服务管理工具集, 当中名为supervise的程序可用于服务启动、停止的服务重新启动等。
这里不介绍daemontools的安装了。mixi使用了下面的run脚本来启动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。
在nagios中能够简单地开发插件,能够具体地监视memcached的get、add等动作。 只是mixi仅通过stats命令来确认memcached的执行状态。
define command {
command_name check_memcached
command_line $USER1$/check_tcp -H $HOSTADDRESS$ -p 11211 -t 5 -E -s 'stats quit ' -e 'uptime' -M crit
}
此外,mixi将stats文件夹的结果通过rrdtool转化成图形,进行性能监视, 并将每天的内存使用量做成报表,通过邮件与开发人员共享。
memcached的性能
连载中已介绍过,memcached的性能十分优秀。我们来看看mixi的实际案例。 这里介绍的图表是服务所使用的訪问最为集中的memcachedserver。
图2 请求数
图3 流量
图4 TCP连接数
从上至下依次为请求数、流量和TCP连接数。请求数最大为15000qps, 流量达到400Mbps,这时的连接数已超过了10000个。 该server没有特别的硬件,就是开头介绍的普通的memcachedserver。 此时的CPU利用率为:
图5 CPU利用率
可见,仍然有idle的部分。因此,memcached的性能很高, 能够作为Web应用程序开发人员放心地保存暂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,因此有非常多与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,以后的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。同一时候实现了异步复制和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。不仅与memcached协议兼容,还能通过HTTP进行訪问。
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。它有自己的协议,但也拥有memcached兼容协议, 也能够通过HTTP进行数据交换。Tokyo Cabinet尽管是一种将数据写到磁盘的实现,但速度相当快。
mixi并没有将Tokyo Tyrant作为缓存server,而是将它作为保存键值对组合的DBMS来使用。 主要作为存储用户上次訪问时间的数据库来使用。它与差点儿全部的mixi服务都有关, 每次用户訪问页面时都要更新数据,因此负荷相当高。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,所以引入了Tokyo Tyrant。 但无需又一次开发client,仅仅需原封不动地使用Cache::Memcached::Fast就可以, 这也是长处之中的一个。关于Tokyo Tyrant的具体信息,请參考本公司的开发blog。
总结
到本次为止,“memcached全面剖析”系列就结束了。我们介绍了memcached的基础、内部结构、 分散算法和应用等内容。读完后假设您能对memcached产生兴趣,就是我们的荣幸。 关于mixi的系统、应用方面的信息,请參考本公司的开发blog。 感谢您的阅读。