Memcached深入分析及内存调优

到这里memcached的初步使用我们已经没问题了，但是了解一些它内部的机制还是十分必要的，这直接涉及到你能否把memcached给真正“用好”。

Memcached的守护进程机制使用的是Unix下的daemon，Socket则使用了非阻塞(non-blocked)高性能的NIO，事件处理上大家都已经知道了，是基于libevent，支持异步的事件处理。

最主要的是要知道它的内存管理机制，使用如下命令启动memcached：

1. liyd@ubuntu:~$ memcached -d -m256 -p11211 -u liyd

这里我们分配了256M的内存给memcached，那么memcached又是怎么样来分配内存的呢？先看下图：

Memcached在分配内存时是以Page为单位的，默认情况下一个Page是1M，内部是一个个chunk，当chunk的大小等于Page大小时也就是Memcached所能存储的最大数据大小了，可以在启动时通过-l来指定它，最大可以支持128M。

Memcached并不是将所有大小的数据都存放在一起的，而是将内存空间划分为一个个的slab，每个slab只负责一定范围内的数据。上图中，slab1只负责96bytes的数据，slab2负责120bytes的数据。

在存储数据时，如果这个item对应的slab还没有创建则申请一个page的内存，将这个page按照所在slab中chunk的大小进行分割，然后将item存入。

如果已经创建存在了，判断对应的slab是否用完，没用完直接存储。

如果对应的slab已经用完了，看内存是否用完，没用完会申请一个新的page进行分割存储，用完了则直接进行LRU。

那么我们怎么样来查看各个slab的状况及里面的chunk大小呢？

在前面的启动参数中我们发现有-v –vv -vvv三个选项，一般我们用的最多的是-vv：

1. liyd@ubuntu:~$ memcached -d -m256 -p11211 -u liyd -vv
2. liyd@ubuntu:~$ slab class 1: chunk size 96 perslab 10922
3. slab class 2: chunk size 120 perslab 8738
4. slab class 3: chunk size 152 perslab 6898
5. slab class 4: chunk size 192 perslab 5461
6. slab class 5: chunk size 240 perslab 4369
7. slab class 6: chunk size 304 perslab 3449
8. slab class 7: chunk size 384 perslab 2730
9. slab class 8: chunk size 480 perslab 2184
10. slab class 9: chunk size 600 perslab 1747
11. slab class 10: chunk size 752 perslab 1394
12. slab class 11: chunk size 944 perslab 1110
13. slab class 12: chunk size 1184 perslab 885
14. slab class 13: chunk size 1480 perslab 708
15. slab class 14: chunk size 1856 perslab 564
16. slab class 15: chunk size 2320 perslab 451
17. slab class 16: chunk size 2904 perslab 361
18. slab class 17: chunk size 3632 perslab 288
19. slab class 18: chunk size 4544 perslab 230
20. slab class 19: chunk size 5680 perslab 184
21. slab class 20: chunk size 7104 perslab 147
22. slab class 21: chunk size 8880 perslab 118
23. slab class 22: chunk size 11104 perslab 94
24. slab class 23: chunk size 13880 perslab 75
25. slab class 24: chunk size 17352 perslab 60
26. slab class 25: chunk size 21696 perslab 48
27. slab class 26: chunk size 27120 perslab 38
28. slab class 27: chunk size 33904 perslab 30
29. slab class 28: chunk size 42384 perslab 24
30. slab class 29: chunk size 52984 perslab 19
31. slab class 30: chunk size 66232 perslab 15
32. slab class 31: chunk size 82792 perslab 12
33. slab class 32: chunk size 103496 perslab 10
34. slab class 33: chunk size 129376 perslab 8
35. slab class 34: chunk size 161720 perslab 6
36. slab class 35: chunk size 202152 perslab 5
37. slab class 36: chunk size 252696 perslab 4
38. slab class 37: chunk size 315872 perslab 3
39. slab class 38: chunk size 394840 perslab 2
40. slab class 39: chunk size 493552 perslab 2
41. slab class 40: chunk size 616944 perslab 1
42. slab class 41: chunk size 771184 perslab 1
43. slab class 42: chunk size 1048576 perslab 1
44. <26 server listening (auto-negotiate)
45. <27 send buffer was 212992, now 268435456
46. <28 send buffer was 212992, now 268435456
47. <27 server listening (udp)
48. <28 server listening (udp)
49. <27 server listening (udp)
50. <28 server listening (udp)
51. <27 server listening (udp)
52. <28 server listening (udp)
53. <27 server listening (udp)
54. <28 server listening (udp)

我们看到，一共有42个slab，第一个slab中chunk大小为96bytes，第二个为120bytes，第三个为152bytes，每个slab中chunk的大小都不一样，这个chunk就是memcached具体存储数据的地方。

Memcached通过指定的成长因子(-f指定，默认1.25倍)来决定每个slab中chunk增长的范围，第一个slab的大小可以通过-n来设定。

当数据进来时Memcached会选择一个大于等于最接近的slab来进行存储。例如当item大小为95时将存储到chunk为96bytes的slab1，item大小为97时则会存储到chunk大小为120的slab2.

这样分配的好处是速度快，避免大量重复的初始化和清理操作，有效的避免了内存碎片的问题，但内存利用率上会有所浪费。

另外Memcached是懒检测机制，当存储在内存中的对象过期甚至是flush_all时，它并不会做检查或删除操作，只有在get时才检查数据对象是否应该删除。

删除数据时，Memcached同样是懒删除机制，只在对应的数据对象上做删除标识并不回收内存，在下次分配时直接覆盖使用。

了解了Memcached的内存分配机制，如何进行调优是不是自然而然的就明白了？

应该尽量的根据实际情况来设定slab的chunk的初始大小和增长因子，尽量减少内存的浪费。在某些情况下数据的长度都会集中在一个区域，如session。甚至会有定长的情况，如数据统计等。

还有一个重要调优的地方就是提高缓存命中率了，这个没有固定的方法，还得具体场景做具体业务分析，需要注意的就是，Memcached中LRU的操作是基于slab而非全局，分析时最好考虑这一点，这也就是有时候内存还没用完但数据却被回收了的原因。

我们也可以借助类似memcached-tool这类对memcache的状态性能分析工具来更直观的查看memcache内部的状态，但是功能上也比较有限，就不细讲了，主要就是以下几个命令：

1. #memcached-tool
2. #Usage: memcached-tool <host[:port]> [mode]
3. memcached-tool 127.0.0.1:11211 display # shows slabs
4. memcached-tool 127.0.0.1:11211 # same. (default is display)
5. memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats # shows general stats
6. memcached-tool 127.0.0.1:11211 dump # dumps keys and value

现在我们再回过头去看Memcached的stats命令，是不是就很有用了？这里贴上常用的一些参数说明。

stats统计项：

1. pid Memcached进程ID
2. uptime Memcached运行时间，单位：秒
3. time Memcached当前的UNIX时间
4. version Memcached的版本号
5. rusage_user 该进程累计的用户时间，单位：秒
6. rusage_system 该进程累计的系统时间，单位：秒
7. curr_connections 当前连接数量
8. total_connections Memcached运行以来接受的连接总数
9. connection_structures Memcached分配的连接结构的数量
10. cmd_get 查询请求总数
11. get_hits 查询成功获取数据的总次数
12. get_misses 查询成功未获取到数据的总次数
13. cmd_set 存储（添加/更新）请求总数
14. bytes Memcached当前存储内容所占用字节数
15. bytes_read Memcached从网络读取到的总字节数
16. bytes_written Memcached向网络发送的总字节数
17. limit_maxbytes Memcached在存储时被允许使用的字节总数
18. curr_items Memcached当前存储的内容数量
19. total_items Memcached启动以来存储过的内容总数
20. evictions LRU释放对象数，用来释放内存

stats slabs区块统计：

1. chunk_size chunk大小，byte
2. chunks_per_page 每个page的chunk数量
3. total_pages page数量
4. total_chunks chunk数量*page数量
5. get_hits get命中数
6. cmd_set set数
7. delete_hits delete命中数
8. incr_hits incr命中数
9. decr_hits decr命中数
10. cas_hits cas命中数
11. cas_badval cas数据类型错误数
12. used_chunks 已被分配的chunk数
13. free_chunks 剩余chunk数
14. free_chunks_end 分完page浪费chunk数
15. mem_requested 请求存储的字节数
16. active_slabs slab数量
17. total_malloced 总内存数量

被浪费内存数=(total_chunks * chunk_size) - mem_requested，如果太大，则需要调整factor

stats items数据项统计：

1. number 该slab中对象数，不包含过期对象
2. age LRU队列中最老对象的过期时间
3. evicted LRU释放对象数
4. evicted_nonzero 设置了非0时间的LRU释放对象数
5. evicted_time 最后一次LRU秒数，监控频率
6. outofmemory 不能存储对象次数，使用-M会报错
7. tailrepairs 修复slabs次数
8. reclaimed 使用过期对象空间存储对象次数

stats settings查看设置：

1. maxbytes 最大字节数限制，0无限制
2. maxconns 允许最大连接数
3. tcpport TCP端口
4. udpport UDP端口
5. verbosity 日志0=none,1=som,2=lots
6. oldest 最老对象过期时间
7. evictions on/off，是否禁用LRU
8. domain_socket socket的domain
9. umask 创建Socket时的umask
10. growth_factor 增长因子
11. chunk_size key+value+flags大小
12. num_threads 线程数，可以通过-t设置，默认4
13. stat_key_prefix stats分隔符
14. detail_enabled yes/no，显示stats细节信息
15. reqs_per_event 最大IO吞吐量(每event)
16. cas_enabled yes/no，是否启用CAS，-C禁用
17. tcp_backlog TCP监控日志
18. auth_enabled_sasl yes/no，是否启用SASL验证

查看key和value

1. cmd上登录memcache

telnet 127.0.0.1 11211

退出 quit

2. 列出所有keys

stats items

3. 通过itemid获取key

接下来基于列出的items id，本例中为7，第2个参数为列出的长度，0为全部列出

 stats cachedump 7 0

4. 通过get获取key值

上面的stats cachedump命令列出了我的session key，接下来就用get命令查找对应的session值

get Sess_sidsvpc1473t1np08qnkvhf6j2

注意:如果有 100byte 的数据,但122byte大小的仓库中的chunk满了；
此时会把122byte仓库的旧数据剔除掉，然后存储[Memcachedd的删除机制]。