Memcached工作原理及常见问题

memcached是怎么工作的?

  Memcached的神奇来自两阶段哈希(two-stage hash)。Memcached就像一个巨大的、存储了很多<key,value>对的哈希表。通过key,可以存储或查询任意的数据。

  客户端可以把数据存储在多台memcached上。当查询数据时,客户端首先参考节点列表计算出key的哈希值(阶段一哈希),进而选中一个节点;客户端将 请求发送给选中的节点,然后memcached节点通过一个内部的哈希算法(阶段二哈希),查找真正的数据(item)。

  举个列子,假设有3个客户端1, 2, 3,3台memcached A, B, C: Client 1想把数据”barbaz”以key “foo”存储。Client 1首先参考节点列表(A, B, C),计算key “foo”的哈希值,假设memcached B被选中。接着,Client 1直接connect到memcached B,通过key “foo”把数据”barbaz”存储进去。Client 2使用与Client 1相同的客户端库(意味着阶段一的哈希算法相同),也拥有同样的memcached列表(A, B, C)。 于是,经过相同的哈希计算(阶段一),Client 2计算出key “foo”在memcached B上,然后它直接请求memcached B,得到数据”barbaz”。 各种客户端在memcached中数据的存储形式是不同的(perl Storable, php serialize, java hibernate, JSON等)。一些客户端实现的哈希算法也不一样。但是,memcached服务器端的行为总是一致的。

  最后,从实现的角度看,memcached是一个非阻塞的、基于事件的服务器程序。这种架构可以很好地解决C10K problem ,并具有极佳的可扩展性。

memcached如何实现冗余机制?

  不实现!我们对这个问题感到很惊讶。Memcached应该是应用的缓存层。它的设计本身就不带有任何冗余机制。如果一个memcached节点失去了所有 数据,您应该可以从数据源(比如数据库) 再次获取到数据。您应该特别注意,您的应用应该可以容忍节点的失效。不要写一些糟糕的查询代码,寄希望于 memcached来保证一切!如果您担心节点失效会大大加重数据库的负担,那么您可以采取一些办法。比如您可以增加更多的节点(来减少丢失一个节点的影 响),热备节点(在其他节点down了的时候接管IP),等等。

memcached如何处理容错的?

  不处理!:) 在memcached节点失效的情况下,集群没有必要做任何容错处理。如果发生了节点失效,应对的措施完全取决于用户。节点失效时,下面列出几种方案供您选择:

* 忽略它! 在失效节点被恢复或替换之前,还有很多其他节点可以应对节点失效带来的影响。

* 把失效的节点从节点列表中移除。做这个操作千万要小心!在默认情况下(余数式哈希算法),客户端添加或移除节点,会导致所有的缓存数据不可用!因为哈希参照的节点列表变化了,大部分key会因为哈希值的改变而被映射到(与原来)不同的节点上。

* 启动热备节点,接管失效节点所占用的IP。这样可以防止哈希紊乱(hashing chaos)。

* 如果希望添加和移除节点,而不影响原先的哈希结果,可以使用一致性哈希算法(consistent hashing)。您可以百度一下一致性哈希算法。支持一致性哈希的客户端已经很成熟,而且被广泛使用。去尝试一下吧!

* 两次哈希(reshing)。当客户端存取数据时,如果发现一个节点down了,就再做一次哈希(哈希算法与前一次不同),重新选择另一个节点(需要注意 的时,客户端并没有把down的节点从节点列表中移除,下次还是有可能先哈希到它)。如果某个节点时好时坏,两次哈希的方法就有风险了,好的节点和坏的节 点上都可能存在脏数据(stale data)。

如何将memcached中item批量导入导出?
  您不应该这样做!Memcached是一个非阻塞的服务器。 任何可能导致memcached暂停或瞬时拒绝服务的操作都应该值得深思熟虑。向 memcached中批量导入数据往往不是您真正想要的!想象看,如果缓存数据在导出导入之间发生了变化,您就需要处理脏数据了;如果缓存数据在导出导入 之间过期了,您又怎么处理这些数据呢?

  因此,批量导出导入数据并不像您想象中的那么有用。不过在一个场景倒是很有用。如果您有大量的从不变化 的数据,并且希望缓存很快热(warm)起来,批量导入缓存数据是很有帮助的。虽然这个场景并不典型,但却经常发生,因此我们会考虑在将来实现批量导出导入的功能。

Steven Grimm,一如既往地,,在邮件列表中给出了另一个很好的例子:。

  但是我确实需要把memcached中的item批量导出导入,怎么办??

  好吧好吧。如果您需要批量导出导入,最可能的原因一般是重新生成缓存数据需要消耗很长的时间,或者数据库坏了让您饱受痛苦。

  如 果一个memcached节点down了让您很痛苦,那么您还会陷入其他很多麻烦。您的系统太脆弱了。您需要做一些优化工作。比如处理”惊群”问题(比如 memcached节点都失效了,反复的查询让您的数据库不堪重负…这个问题在FAQ的其他提到过),或者优化不好的查询。记住,Memcached 并不是您逃避优化查询的借口。

  如果您的麻烦仅仅是重新生成缓存数据需要消耗很长时间(15秒到超过5分钟),您可以考虑重新使用数据库。这里给出一些提示:

* 使用MogileFS(或者CouchDB等类似的软件)在存储item。把item计算出来并dump到磁盘上。 MogileFS可以很方便地覆写item,并提供快速地访问。.您甚至可以把MogileFS中的item缓存在memcached中,这样可以加快读 取速度。 MogileFS+Memcached的组合可以加快缓存不命中时的响应速度,提高网站的可用性。 * 重新使用MySQL。 MySQL的 InnoDB主键查询的速度非常快。如果大部分缓存数据都可以放到VARCHAR字段中,那么主键查询的性能将更好。从memcached中按key查询 几乎等价于MySQL的主键查询:将key 哈希到64-bit的整数,然后将数据存储到MySQL中。您可以把原始(不做哈希)的key存储都普通的字段中,然后建立二级索引来加快查询…key被 动地失效,批量删除失效的key,等等。

  上面 的方法都可以引入memcached,在重启memcached的时候仍然提供很好的性能。由于您不需要当心”hot”的item被 memcached LRU算法突然淘汰,用户再也不用花几分钟来等待重新生成缓存数据(当缓存数据突然从内存中消失时),因此上面的方法可以全面提高性能。

memcached是如何做身份验证的?

  没有身份认证机制!memcached是运行在应用下层的软件(身份验证应该是应用上层的职责)。memcached的客户端和服务器端之所以是轻量级的,部分原因就是完全没有实现身份验证机制。这样,memcached可以很快地创建新连接,服务器端也无需任何配置。

如果您希望限制访问,您可以使用防火墙,或者让memcached监听unix domain socket。

memcached的多线程是什么?如何使用它们?

  线程就是定律(threads rule)!在Steven Grimm和Facebook的努力下,memcached 1.2及更高版本拥有了多线程模式。多线程模式允许memcached能够充分利用多个CPU,并在CPU之间共享所有的缓存数据。memcached使 用一种简单的锁机制来保证数据更新操作的互斥。相比在同一个物理机器上运行多个memcached实例,这种方式能够更有效地处理multi gets。

  如果您的系统负载并不重,也许您不需要启用多线程工作模式。如果您在运行一个拥有大规模硬件的、庞大的网站,您将会看到多线程的好处。

 

摘录地址:http://www.educity.cn/net/1620395.html

运维参见:http://www.rootop.org/pages/category/memcached

兼容Memcached的软件

(1)、repcached

    - 为memcached提供复制(replication)功能的patch

    - 单master单slave,互为主辅

(2)、Flared

    - 存储到QDBM。实现了异步复制和fail over等功能。

(3)、memagent

    - 连接多个memd,实现一致性Hash,请求转发

(4)、memcachedb

    - 存储到BerkleyDB

 

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