Memcache 内存分配策略和性能(使用)状态检查
一直在使用Memcache，但是對(duì)其內(nèi)部的問題，如它內(nèi)存是怎么樣被使用的，使用一段時(shí)間后想看看一些狀態(tài)怎么樣？一直都不清楚，查了又忘記，現(xiàn)在整理出該篇文章，方便自己查閱。本文不涉及安裝、操作。有興趣的同學(xué)可以查看之前寫的文章和Google。
1：參數(shù)
memcached -h ?memcached 1.4.14-p <num> ? ? ? ? ? TCP端口，默認(rèn)為11211，可以不設(shè)置-U <num> ? ? ? ? ? UDP端口，默認(rèn)為11211，0為關(guān)閉-s <file> ? ? ? ? ?UNIX socket-a <mask> ? ? ? ? ?access mask for UNIX socket, in octal (default: 0700)-l <addr> ? ? ? ? ?監(jiān)聽的 IP 地址，本機(jī)可以不設(shè)置此參數(shù)-d ? ? ? ? ? ? ? ? 以守護(hù)程序（daemon）方式運(yùn)行-u ? ? ? ? ? ? ? ? 指定用戶，如果當(dāng)前為 root ，需要使用此參數(shù)指定用戶-m <num> ? ? ? ? ? 最大內(nèi)存使用，單位MB。默認(rèn)64MB-M ? ? ? ? ? ? ? ? 禁止LRU策略，內(nèi)存耗盡時(shí)返回錯(cuò)誤，而不是刪除項(xiàng)-c <num> ? ? ? ? ? 最大同時(shí)連接數(shù)，默認(rèn)是1024-v ? ? ? ? ? ? ? ? verbose (print errors/warnings while in event loop)-vv ? ? ? ? ? ? ? ?very verbose (also print client commands/reponses)-vvv ? ? ? ? ? ? ? extremely verbose (also print internal state transitions)-h ? ? ? ? ? ? ? ? 幫助信息-i ? ? ? ? ? ? ? ? print memcached and libevent license-P <file> ? ? ? ? ?保存PID到指定文件-f <factor> ? ? ? ?增長(zhǎng)因子，默認(rèn)1.25-n <bytes> ? ? ? ? 初始chunk=key+suffix+value+32結(jié)構(gòu)體，默認(rèn)48字節(jié)-L ? ? ? ? ? ? ? ? 啟用大內(nèi)存頁，可以降低內(nèi)存浪費(fèi)，改進(jìn)性能-t <num> ? ? ? ? ? 線程數(shù)，默認(rèn)4。由于memcached采用NIO，所以更多線程沒有太多作用-R ? ? ? ? ? ? ? ? 每個(gè)event連接最大并發(fā)數(shù)，默認(rèn)20-C ? ? ? ? ? ? ? ? 禁用CAS命令（可以禁止版本計(jì)數(shù)，減少開銷）-b ? ? ? ? ? ? ? ? Set the backlog queue limit (default: 1024)-B ? ? ? ? ? ? ? ? Binding protocol-one of ascii, binary or auto (default)-I ? ? ? ? ? ? ? ? 調(diào)整分配slab頁的大小，默認(rèn)1M，最小1k到128M
?上面加粗的參數(shù)，需要重點(diǎn)關(guān)注，正常啟動(dòng)的例子:
啟動(dòng)：/usr/bin/memcached -m 64 -p 11212 -u nobody -c 2048 -f 1.1 -I 1024 -d -l 10.211.55.9連接：telnet 10.211.55.9 11212Trying 10.211.55.9...
Connected to 10.211.55.9.
Escape character is '^]'.
可以通過命令查看所有參數(shù)：stats settings
2：理解memcached的內(nèi)存存儲(chǔ)機(jī)制
? ? ? Memcached默認(rèn)情況下采用了名為Slab Allocator的機(jī)制分配、管理內(nèi)存。在該機(jī)制出現(xiàn)以前，內(nèi)存的分配是通過對(duì)所有記錄簡(jiǎn)單地進(jìn)行malloc和free來進(jìn)行的。但是，這種方式會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，加重操作系統(tǒng)內(nèi)存管理器的負(fù)擔(dān)，最壞的情況下，會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)比memcached進(jìn)程本身還慢。Slab Allocator就是為解決該問題而誕生的。
? ? ? Slab Allocator的基本原理是按照預(yù)先規(guī)定的大小，將分配的內(nèi)存以page為單位，默認(rèn)情況下一個(gè)page是1M，可以通過-I參數(shù)在啟動(dòng)時(shí)指定，分割成各種尺寸的塊（chunk）， 并把尺寸相同的塊分成組（chunk的集合），如果需要申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，memcached會(huì)劃分出一個(gè)新的page并分配給需要的slab區(qū)域。page一旦被分配在重啟前不會(huì)被回收或者重新分配，以解決內(nèi)存碎片問題。
Page
分配給Slab的內(nèi)存空間，默認(rèn)是1MB。分配給Slab之后根據(jù)slab的大小切分成chunk。
Chunk
用于緩存記錄的內(nèi)存空間。
Slab Class
特定大小的chunk的組。
? ? ? Memcached并不是將所有大小的數(shù)據(jù)都放在一起的，而是預(yù)先將數(shù)據(jù)空間劃分為一系列slabs，每個(gè)slab只負(fù)責(zé)一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。memcached根據(jù)收到的數(shù)據(jù)的大小，選擇最適合數(shù)據(jù)大小的slab。memcached中保存著slab內(nèi)空閑chunk的列表，根據(jù)該列表選擇chunk，然后將數(shù)據(jù)緩存于其中。
? ? ? 如圖所示，每個(gè)slab只存儲(chǔ)大于其上一個(gè)slab的size并小于或者等于自己最大size的數(shù)據(jù)。例如：100字節(jié)大小的字符串會(huì)被存到slab2（88-112）中，每個(gè)slab負(fù)責(zé)的空間是不等的，memcached默認(rèn)情況下下一個(gè)slab的最大值為前一個(gè)的1.25倍，這個(gè)可以通過修改-f參數(shù)來修改增長(zhǎng)比例。
? ? ??Slab Allocator解決了當(dāng)初的內(nèi)存碎片問題，但新的機(jī)制也給memcached帶來了新的問題。chunk是memcached實(shí)際存放緩存數(shù)據(jù)的地方，這個(gè)大小就是管理它的slab的最大存放大小。每個(gè)slab中的chunk大小是一樣的，如上圖所示slab1的chunk大小是88字節(jié)，slab2是112字節(jié)。由于分配的是特定長(zhǎng)度的內(nèi)存，因此無法有效利用分配的內(nèi)存。例如，將100字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存到128字節(jié)的chunk中，剩余的28字節(jié)就浪費(fèi)了。這里需要注意的是chunk中不僅僅存放緩存對(duì)象的value，而且保存了緩存對(duì)象的key，expire time， flag等詳細(xì)信息。所以當(dāng)set 1字節(jié)的item，需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1字節(jié)的空間存放。
memcached在啟動(dòng)時(shí)指定 Growth Factor因子（通過-f選項(xiàng)）， 就可以在某種程度上控制slab之間的差異。默認(rèn)值為1.25。
slab的內(nèi)存分配具體過程如下：
? ? ? Memcached在啟動(dòng)時(shí)通過-m參數(shù)指定最大使用內(nèi)存，但是這個(gè)不會(huì)一啟動(dòng)就占用完，而是逐步分配給各slab的。如果一個(gè)新的數(shù)據(jù)要被存放，首先選擇一個(gè)合適的slab，然后查看該slab是否還有空閑的chunk，如果有則直接存放進(jìn)去；如果沒有則要進(jìn)行申請(qǐng)，slab申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)以page為單位，無論大小為多少，都會(huì)有1M大小的page被分配給該slab（該page不會(huì)被回收或者重新分配，永遠(yuǎn)都屬于該slab）。申請(qǐng)到page后，slab會(huì)將這個(gè)page的內(nèi)存按chunk的大小進(jìn)行切分，這樣就變成了一個(gè)chunk的數(shù)組，再從這個(gè)chunk數(shù)組中選擇一個(gè)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。若沒有空閑的page的時(shí)候，則會(huì)對(duì)改slab進(jìn)行LRU，而不是對(duì)整個(gè)memcache進(jìn)行LRU。
以上大致講解了memcache的內(nèi)存分配策略，下面來說明如何查看memcache的使用狀況。?
3，memcache狀態(tài)和性能查看
?①?命中率 ：stats命令
按照下面的圖來解讀分析
?get_hits表示讀取cache命中的次數(shù)，get_misses是讀取失敗的次數(shù)，即嘗試讀取不存在的緩存數(shù)據(jù)。即：
命中率=get_hits / (get_hits + get_misses)?
命中率越高說明cache起到的緩存作用越大。但是在實(shí)際使用中，這個(gè)命中率不是有效數(shù)據(jù)的命中率，有些時(shí)候get操作可能只是檢查一個(gè)key存在不存在，這個(gè)時(shí)候miss也是正確的，這個(gè)命中率是從memcached啟動(dòng)開始所有的請(qǐng)求的綜合值，不能反映一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的情況，所以要排查memcached的性能問題，還需要更詳細(xì)的數(shù)值。但是高的命中率還是能夠反映出memcached良好的使用情況，突然下跌的命中率能夠反映大量cache丟失的發(fā)生。
② 觀察各slab的items的情況：Stats items命令
主要參數(shù)說明：
| outofmemory | slab class為新item分配空間失敗的次數(shù)。這意味著你運(yùn)行時(shí)帶上了-M或者移除操作失敗 |
| number | 存放的數(shù)據(jù)總數(shù) |
| age | 存放的數(shù)據(jù)中存放時(shí)間最久的數(shù)據(jù)已經(jīng)存在的時(shí)間，以秒為單位 |
| evicted | 不得不從LRU中移除未過期item的次數(shù)? |
| evicted_time | 自最后一次清除過期item起所經(jīng)歷的秒數(shù)，即最后被移除緩存的時(shí)間，0表示當(dāng)前就有被移除，用這個(gè)來判斷數(shù)據(jù)被移除的最近時(shí)間 |
| evicted_nonzero | 沒有設(shè)置過期時(shí)間（默認(rèn)30天），但不得不從LRU中稱除該未過期的item的次數(shù) |
? ? ??因?yàn)閙emcached的內(nèi)存分配策略導(dǎo)致一旦memcached的總內(nèi)存達(dá)到了設(shè)置的最大內(nèi)存，表示所有的slab能夠使用的page都已經(jīng)固定，這時(shí)如果還有數(shù)據(jù)放入，將導(dǎo)致memcached使用LRU策略剔除數(shù)據(jù)。而LRU策略不是針對(duì)所有的slabs，而是只針對(duì)新數(shù)據(jù)應(yīng)該被放入的slab，例如有一個(gè)新的數(shù)據(jù)要被放入slab 3，則LRU只對(duì)slab 3進(jìn)行，通過stats items就可以觀察到這些剔除的情況。
注意evicted_time：并不是發(fā)生了LRU就代表memcached負(fù)載過載了，因?yàn)橛行r(shí)候在使用cache時(shí)會(huì)設(shè)置過期時(shí)間為0，這樣緩存將被存放30天，如果內(nèi)存滿了還持續(xù)放入數(shù)據(jù)，而這些為過期的數(shù)據(jù)很久沒有被使用，則可能被剔除。把evicted_time換算成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間看下是否已經(jīng)達(dá)到了你可以接受的時(shí)間，例如：你認(rèn)為數(shù)據(jù)被緩存了2天是你可以接受的，而最后被剔除的數(shù)據(jù)已經(jīng)存放了3天以上，則可以認(rèn)為這個(gè)slab的壓力其實(shí)可以接受的；但是如果最后被剔除的數(shù)據(jù)只被緩存了20秒，不用考慮，這個(gè)slab已經(jīng)負(fù)載過重了。
通過上面的說明可以看到當(dāng)前的memcache的slab1的狀態(tài)：
③ 觀察各slabs的情況：stats slabs命令
從Stats items中如果發(fā)現(xiàn)有異常的slab，則可以通過stats slabs查看下該slab是不是內(nèi)存分配的確有問題。
主要參數(shù)說明：
| chunk_size | 當(dāng)前slab每個(gè)chunk的大小 |
| chunk_per_page | 每個(gè)page能夠存放的chunk數(shù) |
| total_pages | 分配給當(dāng)前slab的page總數(shù)，默認(rèn)1個(gè)page大小1M，可以計(jì)算出該slab的大小 |
| total_chunks | 當(dāng)前slab最多能夠存放的chunk數(shù)，應(yīng)該等于chunck_per_page * total_page |
| used_chunks | 已經(jīng)被占用的chunks總數(shù) |
| free_chunks | 過期數(shù)據(jù)空出的chunk但還沒有被使用的chunk數(shù) |
| free_chunks_end | 新分配的但是還沒有被使用的chunk數(shù) |
?
?
?
?
?
?
這里需要注意：total_pages?這個(gè)是當(dāng)前slab總共分配大的page總數(shù)，如果沒有修改page的默認(rèn)大小的情況下，這個(gè)數(shù)值就是當(dāng)前slab能夠緩存的數(shù)據(jù)的總大小（單位為M）。如果這個(gè)slab的剔除非常嚴(yán)重，一定要注意這個(gè)slab的page數(shù)是不是太少了。還有一個(gè)公式：
total_chunks = used_chunks + free_chunks + free_chunks_end
另外stats slabs還有2個(gè)屬性：
| 屬性名稱 | 屬性說明 |
| active_slabs | 活動(dòng)的slab總數(shù) |
| total_malloced | 實(shí)際已經(jīng)分配的總內(nèi)存數(shù)，單位為byte，這個(gè)數(shù)值決定了memcached實(shí)際還能申請(qǐng)多少內(nèi)存，如果這個(gè)值已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的上限(和stats settings中的maxbytes對(duì)比)，則不會(huì)有新的page被分配。 |
?
④ 對(duì)象數(shù)量的統(tǒng)計(jì)：stats sizes
?
注意：該命令會(huì)鎖定服務(wù)，暫停處理請(qǐng)求。該命令展示了固定chunk大小中的items的數(shù)量。也可以看出slab1(96byte)中有多少個(gè)chunks。
⑤ 查看、導(dǎo)出key：stats?cachedump
在進(jìn)入memcache中，大家都想查看cache里的key，類似redis中的keys *命令，在memcache里也可以查看，但是需要2步完成。
一是先列出items:
stats items ?--命令...
...
STAT items:29:number 228STAT items:29:age 34935...
END
二是通過itemid取key，上面的id是29，再加上一個(gè)參數(shù)：為列出的長(zhǎng)度，0為全部列出。
stats cachedump 29 0 ? --命令I(lǐng)TEM 26457202 [49440 b; 1467262309 s]
...
ITEM 30017977 [45992 b; 1467425702 s]
ITEM 26634739 [48405 b; 1467437677 s]
END ?--總共228個(gè)keyget 26634739 ?取value
如何導(dǎo)出key呢？這里就需要通過 echo ... nc 來完成了
echo ?"stats cachedump 29 0" | nc 10.211.55.9 11212 >/home/zhoujy/memcache.log在導(dǎo)出的時(shí)候需要注意的是：cachedump命令每次返回的數(shù)據(jù)大小只有2M，這個(gè)是memcached的代碼中寫死的一個(gè)數(shù)值，除非在編譯前修改。
⑥ 另一個(gè)監(jiān)控工具：memcached-tool，一個(gè)perl寫的工具：memcache_tool.pl。
?View Code
./memcached-tool 10.211.55.9:11212 ? ?--執(zhí)行
# ?Item_Size ?Max_age ? Pages ? Count ? Full? ?Evicted Evict_Time OOM
1 ? ? ?96B ? ? 20157s ? ? ?28 ?305816 ? ? yes 95431913 ? ? ? ?0 ? ?0
2 ? ? 120B ? ? 16049s ? ? ?40 ?349520 ? ? yes 117041737 ? ? ? ?0 ? ?0
3 ? ? 152B ? ? 17574s ? ? ?39 ?269022 ? ? yes 92679465 ? ? ? ?0 ? ?0
4 ? ? 192B ? ? 18157s ? ? ?43 ?234823 ? ? yes 78892650 ? ? ? ?0 ? ?0
5 ? ? 240B ? ? 18722s ? ? ?52 ?227188 ? ? yes 72908841 ? ? ? ?0 ? ?0
6 ? ? 304B ? ? 17971s ? ? ?73 ?251777 ? ? yes 85556469 ? ? ? ?0 ? ?0
7 ? ? 384B ? ? 17881s ? ? ?81 ?221130 ? ? yes 75596858 ? ? ? ?0 ? ?0
8 ? ? 480B ? ? 17760s ? ? ?70 ?152880 ? ? yes 53553607 ? ? ? ?0 ? ?0
9 ? ? 600B ? ? 18167s ? ? ?58 ?101326 ? ? yes 34647962 ? ? ? ?0 ? ?0
10 ? ? 752B ? ? 18518s ? ? ?52 ? 72488 ? ? yes 24813707 ? ? ? ?0 ? ?0
11 ? ? 944B ? ? 18903s ? ? ?52 ? 57720 ? ? yes 16707430 ? ? ? ?0 ? ?0
12 ? ? 1.2K ? ? 20475s ? ? ?44 ? 38940 ? ? yes 11592923 ? ? ? ?0 ? ?0
13 ? ? 1.4K ? ? 21220s ? ? ?36 ? 25488 ? ? yes ?8232326 ? ? ? ?0 ? ?0
14 ? ? 1.8K ? ? 22710s ? ? ?35 ? 19740 ? ? yes ?6232766 ? ? ? ?0 ? ?0
15 ? ? 2.3K ? ? 22027s ? ? ?33 ? 14883 ? ? yes ?4952017 ? ? ? ?0 ? ?0
16 ? ? 2.8K ? ? 23139s ? ? ?33 ? 11913 ? ? yes ?3822663 ? ? ? ?0 ? ?0
17 ? ? 3.5K ? ? 23495s ? ? ?31 ? ?8928 ? ? yes ?2817520 ? ? ? ?0 ? ?0
18 ? ? 4.4K ? ? 22611s ? ? ?29 ? ?6670 ? ? yes ?2168871 ? ? ? ?0 ? ?0
19 ? ? 5.5K ? ? 23652s ? ? ?29 ? ?5336 ? ? yes ?1636656 ? ? ? ?0 ? ?0
20 ? ? 6.9K ? ? 21245s ? ? ?26 ? ?3822 ? ? yes ?1334189 ? ? ? ?0 ? ?0
21 ? ? 8.7K ? ? 22794s ? ? ?22 ? ?2596 ? ? yes ? 783620 ? ? ? ?0 ? ?0
22 ? ?10.8K ? ? 22443s ? ? ?19 ? ?1786 ? ? yes ? 514953 ? ? ? ?0 ? ?0
23 ? ?13.6K ? ? 21385s ? ? ?18 ? ?1350 ? ? yes ? 368016 ? ? ? ?0 ? ?0
24 ? ?16.9K ? ? 23782s ? ? ?16 ? ? 960 ? ? yes ? 254782 ? ? ? ?0 ? ?0
25 ? ?21.2K ? ? 23897s ? ? ?14 ? ? 672 ? ? yes ? 183793 ? ? ? ?0 ? ?0
26 ? ?26.5K ? ? 27847s ? ? ?13 ? ? 494 ? ? yes ? 117535 ? ? ? ?0 ? ?0
27 ? ?33.1K ? ? 27497s ? ? ?14 ? ? 420 ? ? yes ? ?83966 ? ? ? ?0 ? ?0
28 ? ?41.4K ? ? 28246s ? ? ?14 ? ? 336 ? ? yes ? ?63703 ? ? ? ?0 ? ?0
29 ? ?51.7K ? ? 33636s ? ? ?12 ? ? 228 ? ? yes ? ?24239 ? ? ? ?0 ? ?0
解釋：
| 列 | 含義 |
| # | slab class編號(hào) |
| Item_Size | chunk大小 |
| Max_age | LRU內(nèi)最舊的記錄的生存時(shí)間 |
| pages | 分配給Slab的頁數(shù) |
| count | Slab內(nèi)的記錄數(shù)、chunks數(shù)、items數(shù)、keys數(shù) |
| Full? | Slab內(nèi)是否含有空閑chunk |
| Evicted | 從LRU中移除未過期item的次數(shù) |
| Evict_Time | 最后被移除緩存的時(shí)間，0表示當(dāng)前就有被移除 |
| OOM | -M參數(shù)？ |
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Memcache 内存分配策略和性能(使用)状态检查的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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