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memcached全面剖析–5. memcached的应用和兼容程序

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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加,单纯为数据库添加slave已无法满足需要,因此引入了memcached。 此外,我们也从增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需要。 现在,memcached已成为mixi服务中非常重要的组成部分。
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图1 现在的系统组件

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服务器的典型配置如下:

CPU:Intel Pentium 4 2.8GHz
内存:4GB
硬盘:146GB SCSI
操作系统:Linux(x86_64)
这些服务器以前曾用于数据库服务器等。随着CPU性能提升、内存价格下降, 我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,可以抑制mixi整体使用的服务器数量的急剧增加,降低管理成本。 由于memcached服务器几乎不占用CPU,就将换下来的服务器用作memcached服务器了。

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, 启动参数如下:

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

由于使用了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以下内存的进程, 但这样一台服务器上的TCP连接数就会成倍增加,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,虽然服务器的内存为4GB,却仅分配了3GB,是因为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”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较小。这样,进程的大小要比 指定的容量大很多。因此,我们反复改变内存分配量进行验证, 确认了3GB的大小不会引发swap,这就是现在应用的数值。

memcached使用方法和客户端
现在,mixi的服务将200台左右的memcached服务器作为一个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多次提到车的Cache::Memcached::Fast, 与服务器进行交互。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。

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。 但是,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那样随时重新启动, 而是在进程中一直保持。其结果就是不会断开与memcached的连接, 减少了TCP连接建立时的开销,同时也能防止短时间内反复进行TCP连接、断开 而导致的TCP端口资源枯竭。

但是,Cache::Memcached::Fast没有这个功能,所以需要在模块之外 将Cache::Memcached::Fast对象保持在类变量中,以保证持久连接。

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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所有用户共享的缓存数据、设置信息等数据, 会占用许多页,访问次数也非常多。在这种条件下,访问很容易集中到某台memcached服务器上。 访问集中本身并不是问题,但是一旦访问集中的那台服务器发生故障导致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服务器的情况下, 会再次计算hash值,连接其他的服务器。

但是,Cache::Memcached::Fast没有这个功能。不过,它能够在连接服务器失败时, 短时间内不再连接该服务器的功能。

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

在failuretimeout秒内发生maxfailures以上次连接失败,就不再连接该memcached服务器。 我们的设置是1秒钟3次以上。

此外,mixi还为所有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。创建该函数库后,就可以使memcached服务器故障 不再产生其他影响。

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

通过daemontools启动
通常情况下memcached运行得相当稳定,但mixi现在使用的最新版1.2.5 曾经发生过几次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,不过对于memcached进程死掉的服务器,只要重新启动memcached, 就可以正常运行,所以采用了监视memcached进程并自动启动的方法。 于是使用了daemontools。

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

daemontools
这里不介绍daemontools的安装了。mixi使用了以下的run脚本来启动memcached。

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#!/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中可以简单地开发插件,可以详细地监视memcached的get、add等动作。 不过mixi仅通过stats命令来确认memcached的运行状态。

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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,通过邮件与开发者共享。

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访问最为集中的memcached服务器。

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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:
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图5 CPU利用率

可见,仍然有idle的部分。因此,memcached的性能非常高, 可以作为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,因此有很多与memcached兼容的实现。 一些功能强大的扩展可以将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。不仅与memcached协议兼容,还能通过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。它有自己的协议,但也拥有memcached兼容协议, 也可以通过HTTP进行数据交换。Tokyo Cabinet虽然是一种将数据写到磁盘的实现,但速度相当快。

mixi并没有将Tokyo Tyrant作为缓存服务器,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访问时间的数据库来使用。它与几乎所有的mixi服务都有关, 每次用户访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。 但无需重新开发客户端,只需原封不动地使用Cache::Memcached::Fast即可, 这也是优点之一。关于Tokyo Tyrant的详细信息,请参考本公司的开发blog。

mixi Engineers’ Blog – Tokyo Tyrantによる耐高負荷DBの構築
mixi Engineers’ Blog – Tokyo (Cabinet|Tyrant)の新機能
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。读完后如果您能对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,请参考本公司的开发blog。 感谢您的阅读。

本文固定链接: http://www.chepoo.com/memcached-5-apply-compatible-program.html | IT技术精华网

memcached全面剖析–5. memcached的应用和兼容程序:等您坐沙发呢!

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