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

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：
使用分布式缓存
从分布式获取
效果
一致性hash实现分布式
设置一个 0 - 2^32次方的圆环
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）
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，造成宕机，就叫做缓存雪崩现象。

雪崩造成的原因？
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
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
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。
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
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
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
放在内网 192.168.1.110 内网IP外网无法访问
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