memcache内存分配问题

Memcached是一个高效的分布式内存cache，了解memcached的内存管理机制，便于我们理解memcached，让我们可以针对我们数据特点进行调优，让其更好的为我所用。这里简单谈一下我对memcached的内存管理的一些认识，在没有特别注明的情况下，这里谈到的memcached是1.2版本，1.1和1.2版本有一些差异。

 

 

基本概念：Slab和chunk

 

 

在Memcached内存结构中有两个非常重要的概念：slab 和 chunk，我们先从下图中对这两个概念有一个感性的认识：

图 1 memcached内存结构

Slab是一个内存块，它是memcached一次申请内存的最小单位。在启动memcached的时候一般会使用参数-m指定其可用内存，但是并不是在启动的那一刻所有的内存就全部分配出去了，只有在需要的时候才会去申请，而且每次申请一定是一个slab。Slab的大小固定为1M（1048576 Byte），一个slab由若干个大小相等的chunk组成。每个chunk中都保存了一个item结构体、一对key和value。

虽然在同一个slab中chunk的大小相等的，但是在不同的slab中chunk的大小并不一定相等，在memcached中按照chunk的大小不同，可以把slab分为很多种类（class）。在启动memcached的时候可以通过-vv来查看slab的种类：

图2 slab分组信息

从上图可以看到，默认情况下memcached把slab分为40类（class1～class40），在class 1中，chunk的大小为80字节，由于一个slab的大小是固定的1048576字节（1M），因此在class1中最多可以有13107个chunk：

       13107×80 + 16 = 1048576

在class1中，剩余的16字节因为不够一个chunk的大小（80byte），因此会被浪费掉。每类chunk的大小有一定的计算公式的，假定i代表分类，class i的计算公式如下：

chunk size(class i) :  (default_size+item_size)*f^(i-1)+ CHUNK_ALIGN_BYTES

• default_size: 默认大小为48字节,也就是memcached默认的key+value的大小为48字节，可以通过-n参数来调节其大小；
• item_size: item结构体的长度，固定为32字节。default_size大小为48字节,item_size为32，因此class1的chunk大小为48+32=80字节；
• f为factor，是chunk变化大小的因素，默认值为1.25，调节f可以影响chunk的步进大小，在启动时可以使用-f来指定;
• CHUNK_ALIGN_BYTES是一个修正值，用来保证chunk的大小是某个值的整数倍（在32位机器上要求chunk的大小是4的整数倍）。

从上面的分析可以看到，我们实际可以调节的参数有-f、-n，在memcached的实际运行中，我们还需要观察我们的数据特征，合理的调节f，n的值，使我们的内存得到充分的利用减少浪费。

 

内存申请分配

 

Memcached内存管理采取预分配、分组管理的方式，分组管理就是我们上面提到的slab class，按照chunk的大小slab被分为很多种类。下面解释一下memcached的内存预分配过程。

向memcached添加一个item时候，memcached首先会根据item的大小，来选择最合适的slab class：例如item的大小为190字节，默认情况下class 4的chunk大小为160字节显然不合适，class 5的chunk大小为200字节，大于190字节，因此该item将放在class 5中（显然这里会有10字节的浪费是不可避免的），计算好所要放入的chunk之后，memcached会去检查该类大小的chunk还有没有空闲的，如果没有，将会申请1M（1个slab）的空间并划分为该种类chunk。例如我们第一次向memcached中放入一个190字节的item时，memcached会产生一个slab class 2（也叫一个page），并会用去一个chunk，剩余5241个chunk供下次有适合大小item时使用，当我们用完这所有的5242个chunk之后，下次再有一个在160～200字节之间的item添加进来时，memcached会再次产生一个class 5的slab（这样就存在了2个pages）。查看slab的使用情况，我们可以telnet ip port，然后输入命令 stats slabs即可：

例如：telnet 10.0.4.210 11211

stats slabs

         STAT 5:chunk_size 200

         STAT 5:chunks_per_page 5242

         STAT 5:total_pages 1

         STAT 5:total_chunks 5242

         STAT 5:used_chunks 5242

         STAT 5:free_chunks 0

         STAT 5:free_chunks_end 5241

         STAT active_slabs 1

         STAT total_malloced 1048400

图3 stats slab

图3显示的是第一次放入一个190字节的item之后的统计结果。