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大型网站优化-memcache技术,优化-memcache技术

WBOY
Freigeben: 2016-06-13 08:42:25
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大型网站优化-memcache技术,优化-memcache技术

大型网站优化-memcache技术

memory+cache 内存缓存

memcache简介

memcache是一套分布式的高速缓存系统,由LiveJournal的Brad Fitzpatrick开发,目前被许多网站使用以提升网站的访问速度,尤其对于一些大型的、需要频繁访问数据库的网站访问速度提升效果十分显著 。这是一套开放源代码软件,以BSD license授权发布。【摘取自百度百科】

官网:http://memcached.org/

 

分布式:多台Memcache服务器来管理数据的架构。

缓存系统:将用户查询的数据缓存到内存之中,方便下次直接从内存中获取。减少了磁盘IO的开销。

什么是nosql?(sql 关系型数据库)

答:MySQL 叫做关系型数据库(主要的特点是都是一个二维表结构(表中的行和列),表与表之间是由关系的)(oracle(Java)、db2、sqlserver

非关系型数据:就是不使用sql语句作为查询的数据库(保存数据的系统),并且没有严格意义上的二维表的概念。它的数据结构全部是一张巨大的hash表(key-value)

hash表好处: 时间复杂度是 0(1):随着数据的增加,查询时间不会存在数量级(1s)的变化。

hash表坏处: hash碰撞 不同 key 对应同一个值

 

key1 ===MD5(sql)

Asion

key2

12

key3

shenzhen

key4

iphone

 

  • selinux没有关闭

        

    让selinux立即生效

     

  • 2.1 环境准备

    在Linux环境下,需要gcc、g-c++、make(makefile)、cmake、autoconfig(configure)、libtool等工具

    在Linux下联网的情况下,使用如下命令

    # yum install -y gcc make cmake autoconfig libtool

    -y 不需要使用确认交互式

     

    2.2 编译安装memcached

    memcached依赖于 libevent库,因此需要先安装,分别到各自的官网下载稳定版

    libevetnt官网:http://libevent.org/

    memcache官网:http://memcached.org/

     

    先编译安装libevent,在编译安装memcached,同时在安装memcached需要指定libevent的安装路径

    具体步骤:

    上传

  • 先下载libevent,解压,并安装(一般Linux下软件安装都是放在 /usr/local/src目录下,安装的软件一般放在/usr/local/NAME)

    # ./configure --prefix=/usr/local/libevent && make && make install

    b. 安装memcache,解压、编译、安装

    # ./configure --prefix=/usr/local/memcached --with-libevent=/usr/local/libevent && make && make install

     

    2.3 memcached的启动

    # /usr/local/memcached/bin/memcached -m 64 -p 11211 -u nobody -vv

    注意:此时memcached成功启动,但把信息输出到控制台。

    如果想让memcached作为服务在后台启动,只需要加上-d选项(daemon 后台)

    # /usr/local/memcached/bin/memcached -m 64 -p 11211 -u nobody -d

     

    如何查看服务器是否正常启动?

    # ps axu | grep memcached

     

    如果需要查看参数信息,使用 memcached -h 查看帮助:

    操作memcache

    memcached的客户端与服务器端的通信很简单,基于文本的协议,类似http协议,可以直接使用Telnet来做交互

     

    使用Telnet操作(quit退出)

    # telent 服务器的IP 11211

  • Windows下

    连接之后 使用 ctrl + ] 打开Telnet的回显

  • Linux下

     

    2. 基本命令:

    学习memcache的增删改查命令:

    add key flag expire length

    key: 名称

    flag: 1 memcache按照字符串的方式保存

    expire:过期时间,memcache时间

    length:数据长度(B)

    ※add 增加

    # add name 1 0 2 # 在memcache服务器上添加一个key为的name值 长度为2个字节,有效期长期有效

     

    如何理解expire

    设置缓存的有效期,有三种格式

  • 设置秒数,从设置开始,n秒后失效
  • 时间戳,到指定时间戳后失效
  • 设置为0,不自动失效(特别注意,不是永久有效。a. 在memcache安装时候,指定了一个最长的有效时间,默认是30天(源代码) b. 可能不到30天,就会被挤出去)

    最近最少使用原则

     

    ※delete 删除

    # delete key

     

    ※replace 替换

    # replace key flag expire length

     

    ※get 获取

    # get key

     

    ※set 如果数据有 replace ,没有则 add

    # set key flag expire length

    name存在:

    age不存在:

     

    ※incr 增加

    # incr age NUMBER

     

    ※decr 减少

    # decr age NUMBER

     

    ※stats 统计memcache服务器信息

    # stats

     

    ※flush_all 清空所有数据

    # flush_all

    使用php操作memcache

  • Windows下
  • 到(http://downloads.php.net/pierre/)下载扩展dll文件
  • 将该文件放到php的extension_dir 对应的目录下
  • 修改php.ini文件,加入 extension=php_memcache.dll,引入该文件
  • 重启Apache

     

  • Linux下 (在Linux下如何为php开启一个扩展,说一下通用方案

    beta :测试版:一般都有一些小bug,但是需要用户去使用发现,如果有问题,可以给官方反馈。然后在做修复

    alpha:内部测试版:内部在开发的时候,使用的版本,一般这个版本bug众多。但是这个版本往往有新的功能加入。(一般也是新公司才试试)alpha版本有一些补偿。

    stable:稳定版:基本无bug,能够稳定的运行。

     

    ftp使用的注意事项:

  • vsftpd 是否正常的开启 service vsftpd status
  • 一般都只能使用普通用户连接ftp(不能root来连接ftp)获取使用 sudo
  • 自己家目录的大小空间不够(上传文件成功,但是显示的大小为0)
  • 防火墙是否关闭(iptables -F 关闭)(iptables -L)

     

     

    # cls

    # cd

    # vim .bashrc

     

    Linux下载末行模式下

    # :x 小写 退出 wq

    linux在编辑模式下

    # Z 大写

     

     

    # /usr/local/php/bin/phpize 绝对路径phpize

    d. 利用上面生成的configure文件,收集系统信息 不需要指定安装路径

    # ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config 告诉它如何去找php配置文件

    e. 执行编译、安装

    # make && make install

    注意:可以查看上述命令执行完成之后的结构

    # ls /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20090626/

     

    注意:在Linux下,如何查看php.ini配置文件的位置?

    解决:phpinfo();

     

    注意:在Linux下,修改配置文件之前,一定要备份

    php.ini-backup-2016-1-12

     

    注意:.so是什么文件?

    .so是Linux下的共享对象,类型Windows下的.dll文件

     

     

     

    注意:Linux下,关闭一个服务 可以使用

    # pkill -9 httpd

    # ps aux | grep httpd

    #ps uax | grep httpd

     

    将上面生成的地址增加到php.ini配置文件,如下

    extension_dir=/usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20090626/

    extension=memcacahe.so

    建立一个test.php文件,测试php是否有memcache的一个模块

    php操作memcache,保存并获取值

    memcached的内存管理与删除机制

     

    注意:Memcache最大的value也只能是1M的空间。

     

    注意:内存碎片化永远都存在,只是哪一种方式可以使得内存碎片最小。

     

    1. 什么是内存碎片化?

    在使用这种内存缓存系统的时候,由于不断的申请,释放,就会形成一些很小的内存片段,无法被利用,这种现象就叫做,内存的碎片化。这个小红块就是操作系统无法使用的空间。

     

  • 如何解决?

    memcache利用slab allocator的方式来管理(每个slab class大小为1M

    最小的单元叫做 chunk(小块):存放数据的仓库

    多个小单元组成一个chunks:多个小块组成(所有的小块的大小全部一致)

    每个 slab class的大小为1M

     

  • memcache如何选择合适的大小?

    注意:如果 122Bytes的slab装满了,现在有一个100Bytes的数据来了,存到哪里去?

    答:肯定不会存在144,还是存在122这个chunk里面,利用LRU算法来实现数据存储。

     

  • 固定chunk带来的内存浪费,22B

     

  • factor调优

    memcached在启动的时候,会按照一定的大小来组织slab class,可以通过-f 来指定

    默认是1.25,相邻chunk之间的比值就是增加因子。可以根据自己网站的业务调整缓存因子的大小。

    是因为每个业务不一样,所需要的最小的chunk是不一样的。这个参数使得我们的系统变得更加适应自己的业务,因为数据可以自己设定大小。

     

  • memcache的惰性删除

    memcached内部不会监视记录是否过期,而是在get时查看记录的时间戳,检查记录是否过期。这种行为被称为lazy(惰性)expiration。因此,好处是memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。

    比如:有 set(name, asion, 0, 3600) 过了3600秒就失效,失效后,并不会自动删除,只有当get查询时,检测是否过期,如果过期则删除。

    例如 # add name 1 8 2 当8s后,是失效,还是不存在?通过stats分析

    分析:是失效你,而不是不存在,只有在下一次去获取时候,memcache才会去检测它是否过期,过期了就删除

     

  • memcache的LRU算法

    memcached会优先使用已超时的记录的空间,但即使如此,也会发生追加新记录时空间不足的情况,此时就要使用名为 Least Recently Used(LRU)机制来分配空间。

    顾名思义,这是删除"最近最少使用"的记录的机制。因此,当memcached的内存空间不足时(无法从slab class 获取到新的空间时),就从最近未被使用的记录中搜索,并将其空

    间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看,该模型十分理想。

     

    当mecache里面的数据空间(默认是64M)已经占满了,再继续存储数据能否存储呢?

    答:能存储,要删除过期的数据,如果都没有过期,则删除最不活跃的数据,腾出空间给后面添加数据。

    例如:以122Bytes的slab举例,当数据装满后,如果来了一个100Bytes数据,如何处理?(即使永久有效,也会被踢)

    分析:内存的管理 LRU算法 、FIFO算法

     

  • memcache的一些参数 Ctrl+C

    注意:在vim下如果输入了 ctrl+s 可以使用 ctrl+q 退出

    -p 监听的端口

    -l 连接的IP地址, 默认是本机

    -d start 启动memcached服务

    -d restart 重起memcached服务

    -d stop|shutdown 关闭正在运行的memcached服务

    -d install 安装memcached服务

    -d uninstall 卸载memcached服务

    -u 以的身份运行 (仅在以root运行的时候有效)

    -m 最大内存使用,单位MB。默认64MB

    注意:如果系统是32位的,则最大限制为2G,如果系统是64位,则无限制。

    -M 内存耗尽时返回错误,而不是删除项

    -c 最大同时连接数,默认是1024

    -f 块大小增长因子,默认是1.25

    -n 最小分配空间,key+value+flags默认是48

    -h 显示帮助

    -v 输出警告和错误信息

    -vv 打印客户端的请求和返回信息

    -i 打印memcached和libevent的版权信息

     

    实际使用场景

    保存:1. 文件 2. mysql

    问题:如果一个文件夹下session文件过多,检索变慢,如何处理?

    答:分层处理

    使用Memcache来保存,Memcache使用分布式来保存(拿多台Memcache做存储)

     

    使用memcache保存session

     

    1. 修改php.ini文件,配置信息如下

        session.save_handler = memcache #代表使用memcache保存session

        session.save_path ="tcp://127.0.0.1:11211" # 指定memcache服务器的地址和端口

  • 测试

    1. 开启session,保存session

  • 从Memcache获取session

    高级特性

    分布式memcache配置

    什么是分布式?

    由于单台memcache的服务能力有限,可以使用多台memcache来提供缓存的功能,这种架构就叫做memcache的分布式缓(集群)存系统

     

    如何实现?

    可以这样理解,如何将数据分散答各台Memcache服务器上。

     

    在客户端实现分布式,在数据保存之前,根据一定的算法,将数据保存到那台memcache服务器上,在获取数据的时候,按照前面相同的算法去对应的memcache服务器上获取数据

     

    分布式算法

  • 取摸算法

    将key的值对服务器的台数取余,然后将对应的value值保存到对应的余数的那台memcache服务器上,一般这个hash函数 crc32( key ) % 3

    crc32()这个函数可以使得一个字符串变成一个32位的整数

     

    坏处:当某一台服务器宕机或者需要增加一台服务器的时候,这个时候缓存数据基本全部失效,因为除数变了。 不严格的公式, 命中率 = 取到数据/总数 1/N N代表服务器的台数

     

    引发出来的问题:当memcache宕机之后,缓存数据失效,这个时候MySQL的压力会骤增,

    这个时候,MySQL会宕机,然后在重启MySQL,MySQL会在短时期内再次宕机,然后,稍微延迟一点(缓存已经重新建立了一部分),又宕机。随着时间的慢慢推移,MySQL基本上趋于稳定,缓存系统成功建立。因为缓存数据不存在,所有的请求全部要转向MySQL来提供,这种现象就叫做memcache的雪崩现象。

     

    概图:

     

     

  • 一致性hash实现分布式

     

  • 假想有一个圆环,分布着从 0 到 2^32 这么多个正整数

     

  • 然后在将服务器的节点数通过hash函数(crc32())运算后,按照顺时针的方向映射到上面的圆环上

     

  • 将需要存储的数据的key也按照上面的hash函数运算后,按照顺时针的方向保存到一个不比自己小的节点上

     

    注意:只要是memcache宕机,就一定会有数据的丢失。但是要想办法让数据丢失的最少,使用一致性hash,即使有一台服务器宕机,也只是影响一台服务器上的数据。

     

    虚拟节点:分担任务

    缓存雪崩现象

    雪崩造成的原因?

  • 由于算法不当,取摸算法,造成大量缓存失效,会引发雪崩

    解决方案:一致性hash算法

     

  • 缓存时间都是同一时间,缓存系统会在同一时间全部失效,这个也会造成雪崩

    解决方案:缓存时间设置成一个范围内的随机时间(3-9小时)

     

    由于某个memcache节点的缓存数据失效,导致其他memcache节点的缓存命中率下降,缓存中缺失的数据会去MySQL数据库中查询,短时期内,造成了MySQL服务器压力巨大,造成宕机,就叫做缓存雪崩现象

     

    当重启MySQL之后,短期内再次宕机,但缓存数据已经建立了一部分,在MySQL反复多次启动之后,缓存全部重建完毕,MySQL不再宕机趋于稳定。

     

    解决方案:把缓存的时间设置成一个范围内的随机值(3-9小时),这样就在不同的时间段失效,把重建的工作分担到不同的时间上。

    memcache如何做高可用

  • 使用repcached实现,全称 replication cached是由日本人发明的memcached的高可用性技术,简称复制缓冲区技术。

     

  • MemcacheDB是一个分布式、key-value形式的持久存储系统由sina人员开发。它不是一个缓存组件,而是一个基于对象存取的、可靠的、快速的持久存储引擎。协议跟memcache一致(不完整),所以很多memcached客户端都可以跟它连接。MemcacheDB采用Berkeley DB作为持久存储组件,故很多Berkeley DB的特性的他都支持。扩展
  • 如何在Linux下给一个php添加一个扩展,说出通用步骤?

    答:

     

  • memcache的安全性如何解决?

    答:

    由于memcache的本身设计就是极为简洁的,根本没有设置权限方面的限制。为什么不设置权限? 只提供缓存功能,为了精简

  • 放在内网 192.168.1.110 内网IP外网无法访问
  • 写一个防火墙验证规则,只允许自己规定IP的包可以转进来,其他的全部丢弃

    192.168.1.221 ---224

    3. 当使用文件保存session文件时候,如果文件过多,如何处理?

    一般来说,超过65535个session文件的时候,这个时候session的获取就会变得异常缓慢,意味php代码执行很慢,如何解决?

    答:

    分层处理: 一个文件夹下建立A-Z开头的文件夹 然后A_Z在建立

    使用memcache处理: 单台memcache处理能力有限,就使用分布式memcache来处理

  • 如何理解负载均衡集群也是高可用集群,但有不是?

    答:负载均衡集群提供了高可用的能力,如果某一台宕机之后,还是可以提供正常的服务,只是服务提供的有些吃力而已。

    因为负载均衡集群不提供keepalive的机制。监控机制

     

    案例:

    在项目中如何使用Memcache?

    Memcache存在的意义就是缓存数据,减轻MySQL的压力。

     

  • 书写一个列表页

  • 详情页

     

    扩展

  • Linux下安装一个php的扩展的通用方法

    答:

  • 下载对应的扩展的源码 http://pecl.php.net/package/memcache
  • 将对于的扩展上传到Linux服务器上,放在(/usr/local/src/下)
  • 执行 tar -zxvf NAME.tar.gz
  • cd NAME
  • 执行绝对路径下的phpize命名 (/usr/local/php/bin/phpize)必须在扩展包的目录内
  • 执行 ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config (--with-php-config=绝对路径下的php-config的路径,并且不需要指定安装的路径)
  • make && make install
  • 会生成一个目录,在个目录里面有对于的NAME.so文件
  • 去修改php.ini的配置文件,增加两行信息

    extension_dir='上面生成的目录'

    extension='NAME.so'

  • 重启Apache,然后使用phpinfo()函数测试一下,在浏览器输入地址查看,搜索如果有Memcache,代表扩展成功的开启。

     

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