如何分析memcached的刪除機(jī)制和發(fā)展方向

本篇文章為大家展示了如何分析memcached的刪除機(jī)制和發(fā)展方向，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

memcached是緩存，所以數(shù)據(jù)不會永久保存在服務(wù)器上，這是向系統(tǒng)中引入memcached的前提。 下面介紹memcached的數(shù)據(jù)刪除機(jī)制，以及memcached的最新發(fā)展方向——二進(jìn)制協(xié)議（Binary Protocol） 和外部引擎支持。

memcached在數(shù)據(jù)刪除方面有效利用資源

數(shù)據(jù)不會真正從memcached中消失

上次介紹過， memcached不會釋放已分配的內(nèi)存。記錄超時(shí)后，客戶端就無法再看見該記錄（invisible，透明）， 其存儲空間即可重復(fù)使用。

Lazy Expiration

memcached內(nèi)部不會監(jiān)視記錄是否過期，而是在get時(shí)查看記錄的時(shí)間戳，檢查記錄是否過期。 這種技術(shù)被稱為lazy（惰性）expiration。因此，memcached不會在過期監(jiān)視上耗費(fèi)CPU時(shí)間。

LRU：從緩存中有效刪除數(shù)據(jù)的原理

memcached會優(yōu)先使用已超時(shí)的記錄的空間，但即使如此，也會發(fā)生追加新記錄時(shí)空間不足的情況， 此時(shí)就要使用名為 Least Recently Used（LRU）機(jī)制來分配空間。 顧名思義，這是刪除“最近最少使用”的記錄的機(jī)制。 因此，當(dāng)memcached的內(nèi)存空間不足時(shí)（無法從slab class 獲取到新的空間時(shí)），就從最近未被使用的記錄中搜索，并將其空間分配給新的記錄。 從緩存的實(shí)用角度來看，該模型十分理想。

不過，有些情況下LRU機(jī)制反倒會造成麻煩。memcached啟動時(shí)通過“-M”參數(shù)可以禁止LRU，如下所示：

$ memcached -M -m 1024

啟動時(shí)必須注意的是，小寫的“-m”選項(xiàng)是用來指定最大內(nèi)存大小的。不指定具體數(shù)值則使用默認(rèn)值64MB。

指定“-M”參數(shù)啟動后，內(nèi)存用盡時(shí)memcached會返回錯(cuò)誤。 話說回來，memcached畢竟不是存儲器，而是緩存，所以推薦使用LRU。

memcached的最新發(fā)展方向

memcached的roadmap上有兩個(gè)大的目標(biāo)。一個(gè)是二進(jìn)制協(xié)議的策劃和實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是外部引擎的加載功能。

關(guān)于二進(jìn)制協(xié)議

使用二進(jìn)制協(xié)議的理由是它不需要文本協(xié)議的解析處理，使得原本高速的memcached的性能更上一層樓， 還能減少文本協(xié)議的漏洞。目前已大部分實(shí)現(xiàn)，開發(fā)用的代碼庫中已包含了該功能。 memcached的下載頁面上有代碼庫的鏈接。

• http://danga.com/memcached/download.bml

二進(jìn)制協(xié)議的格式

協(xié)議的包為24字節(jié)的幀，其后面是鍵和無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（Unstructured Data）。 實(shí)際的格式如下（引自協(xié)議文檔）：

 Byte/     0       |       1       |       2       |       3       |   
    /              |               |               |               |   
   |0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  0/ HEADER                                                        /   
   /                                                               /   
   /                                                               /   
   /                                                               /   
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
 24/ COMMAND-SPECIFIC EXTRAS (as needed)                           /   
  +/  (note length in th extras length header field)               /   
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  m/ Key (as needed)                                               /   
  +/  (note length in key length header field)                     /   
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  n/ Value (as needed)                                             /   
  +/  (note length is total body length header field, minus        /   
  +/   sum of the extras and key length body fields)               /   
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  Total 24 bytes

如上所示，包格式十分簡單。需要注意的是，占據(jù)了16字節(jié)的頭部(HEADER)分為 請求頭（Request Header）和響應(yīng)頭（Response Header）兩種。 頭部中包含了表示包的有效性的Magic字節(jié)、命令種類、鍵長度、值長度等信息，格式如下：

Request Header

 Byte/     0       |       1       |       2       |       3       |
    /              |               |               |               |
   |0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  0| Magic         | Opcode        | Key length                    |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  4| Extras length | Data type     | Reserved                      |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  8| Total body length                                             |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
 12| Opaque                                                        |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
 16| CAS                                                           |
   |                                                               |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+

Response Header

 Byte/     0       |       1       |       2       |       3       |
    /              |               |               |               |
   |0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  0| Magic         | Opcode        | Key Length                    |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  4| Extras length | Data type     | Status                        |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
  8| Total body length                                             |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
 12| Opaque                                                        |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
 16| CAS                                                           |
   |                                                               |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+

如希望了解各個(gè)部分的詳細(xì)內(nèi)容，可以checkout出memcached的二進(jìn)制協(xié)議的代碼樹， 參考其中的docs文件夾中的protocol_binary.txt文檔。

HEADER中引人注目的地方

看到HEADER格式后我的感想是，鍵的上限太大了！現(xiàn)在的memcached規(guī)格中，鍵長度最大為250字節(jié)， 但二進(jìn)制協(xié)議中鍵的大小用2字節(jié)表示。因此，理論上最大可使用65536字節(jié)（2¹⁶）長的鍵。 盡管250字節(jié)以上的鍵并不會太常用，二進(jìn)制協(xié)議發(fā)布之后就可以使用巨大的鍵了。

二進(jìn)制協(xié)議從下一版本1.3系列開始支持。

外部引擎支持

我去年曾經(jīng)試驗(yàn)性地將memcached的存儲層改造成了可擴(kuò)展的（pluggable）。

• http://alpha.mixi.co.jp/blog/?p=129

MySQL的Brian Aker看到這個(gè)改造之后，就將代碼發(fā)到了memcached的郵件列表。 memcached的開發(fā)者也十分感興趣，就放到了roadmap中?，F(xiàn)在由我和 memcached的開發(fā)者Trond Norbye協(xié)同開發(fā)（規(guī)格設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測試）。 和國外協(xié)同開發(fā)時(shí)時(shí)差是個(gè)大問題，但抱著相同的愿景， 最后終于可以將可擴(kuò)展架構(gòu)的原型公布了。 代碼庫可以從memcached的下載頁面 上訪問。

外部引擎支持的必要性

世界上有許多memcached的派生軟件，其理由是希望永久保存數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余等， 即使?fàn)奚恍┬阅芤苍谒幌?。我在開發(fā)memcached之前，在mixi的研發(fā)部也曾經(jīng) 考慮過重新發(fā)明memcached。

外部引擎的加載機(jī)制能封裝memcached的網(wǎng)絡(luò)功能、事件處理等復(fù)雜的處理。 因此，現(xiàn)階段通過強(qiáng)制手段或重新設(shè)計(jì)等方式使memcached和存儲引擎合作的困難 就會煙消云散，嘗試各種引擎就會變得輕而易舉了。

簡單API設(shè)計(jì)的成功的關(guān)鍵

該項(xiàng)目中我們最重視的是API設(shè)計(jì)。函數(shù)過多，會使引擎開發(fā)者感到麻煩； 過于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)引擎的門檻就會過高。因此，最初版本的接口函數(shù)只有13個(gè)。 具體內(nèi)容限于篇幅，這里就省略了，僅說明一下引擎應(yīng)當(dāng)完成的操作：

• 引擎信息（版本等）

• 引擎初始化

• 引擎關(guān)閉

• 引擎的統(tǒng)計(jì)信息

• 在容量方面，測試給定記錄能否保存

• 為item（記錄）結(jié)構(gòu)分配內(nèi)存

• 釋放item（記錄）的內(nèi)存

• 刪除記錄

• 保存記錄

• 回收記錄

• 更新記錄的時(shí)間戳

• 數(shù)學(xué)運(yùn)算處理

• 數(shù)據(jù)的flush

對詳細(xì)規(guī)格有興趣的讀者，可以checkout engine項(xiàng)目的代碼，閱讀器中的engine.h。

重新審視現(xiàn)在的體系

memcached支持外部存儲的難點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)和事件處理相關(guān)的代碼（核心服務(wù)器）與 內(nèi)存存儲的代碼緊密關(guān)聯(lián)。這種現(xiàn)象也稱為tightly coupled（緊密耦合）。 必須將內(nèi)存存儲的代碼從核心服務(wù)器中獨(dú)立出來，才能靈活地支持外部引擎。 因此，基于我們設(shè)計(jì)的API，memcached被重構(gòu)成下面的樣子：

重構(gòu)之后，我們與1.2.5版、二進(jìn)制協(xié)議支持版等進(jìn)行了性能對比，證實(shí)了它不會造成性能影響。

在考慮如何支持外部引擎加載時(shí)，讓memcached進(jìn)行并行控制（concurrency control）的方案是最為容易的， 但是對于引擎而言，并行控制正是性能的真諦，因此我們采用了將多線程支持完全交給引擎的設(shè)計(jì)方案。

以后的改進(jìn)，會使得memcached的應(yīng)用范圍更為廣泛。

上述內(nèi)容就是如何分析memcached的刪除機(jī)制和發(fā)展方向，你們學(xué)到知識或技能了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或者豐富自己的知識儲備，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。