深入理解Memcache原理
1.为什么要使用memcache
由于网站的高并发读写需求,传统的关系型数据库开始出现瓶颈,例如:
1)对数据库的高并发读写:
关系型数据库本身就是个庞然大物,处理过程非常耗时(如解析SQL语句,事务处理等)。如果对关系型数据库进行高并发读写(每秒上万次的访问),那么它是无法承受的。
2)对海量数据的处理:
对于大型的SNS网站,每天有上千万次的苏剧产生(如twitter, 新浪微博)。对于关系型数据库,如果在一个有上亿条数据的数据表种查找某条记录,效率将非常低。
使用memcache能很好的解决以上问题。
在实际使用中,通常把数据库查询的结果保存到Memcache中,下次访问时直接从memcache中读取,而不再进行数据库查询操作,这样就在很大程度上减少了数据库的负担。
保存在memcache中的对象实际放置在内存中,这也是memcache如此高效的原因。
2.memcache的安装和使用
这个网上有太多教程了,不做赘言。
3.基于libevent的事件处理
libevent是个程序库,它将Linux的epoll、BSD类操作系统的kqueue等事件处理功能 封装成统一的接口。即使对服务器的连接数增加,也能发挥O(1)的性能。
memcached使用这个libevent库,因此能在Linux、BSD、Solaris等操作系统上发挥其高性能。
参考:
- libevent: http://www.monkey.org/~provos/libevent/
- The C10K Problem: http://www.kegel.com/c10k.html
4.memcache使用实例:
<?php $mc = new Memcache(); $mc->connect('127.0.0.1', 11211); $uid = (int)$_GET['uid']; $sql = "select * from users where uid='uid' "; $key = md5($sql); if(!($data = $mc->get($key))) { $conn = mysql_connect('localhost', 'test', 'test'); mysql_select_db('test'); $result = mysql_fetch_object($result); while($row = mysql_fetch_object($result)) { $data[] = $row; } $mc->add($key, $datas); } var_dump($datas); ?>
5.memcache如何支持高并发
memcache使用多路复用I/O模型,如(epoll, select等),传统I/O中,系统可能会因为某个用户连接还没做好I/O准备而一直等待,知道这个连接做好I/O准备。这时如果有其他用户连接到服务器,很可能会因为系统阻塞而得不到响应。
而多路复用I/O是一种消息通知模式,用户连接做好I/O准备后,系统会通知我们这个连接可以进行I/O操作,这样就不会阻塞在某个用户连接。因此,memcache才能支持高并发。
此外,memcache使用了多线程机制。可以同时处理多个请求。线程数一般设置为CPU核数,这研报告效率最高。
6.使用Slab分配算法保存数据
slab分配算法的原理是:把固定大小(1MB)的内存分为n小块,如下图所示:
slab分配算法把每1MB大小的内存称为一个slab页,每次向系统申请一个slab页,然后再通过分隔算法把这个slab页分割成若干个小块的chunk(如上图所示),然后把这些chunk分配给用户使用,分割算法如下(在slabs.c文件中):
/** * Determines the chunk sizes and initializes the slab class descriptors * accordingly. */ void slabs_init(const size_t limit, const double factor, const bool prealloc) { int i = POWER_SMALLEST - 1; unsigned int size = sizeof(item) + settings.chunk_size; // 初始化trunk大小 mem_limit = limit; // 指定为预分配内存,则一次行分配全部内存(limit大小) if (prealloc) { /* Allocate everything in a big chunk with malloc */ mem_base = malloc(mem_limit); if (mem_base != NULL) { mem_current = mem_base; mem_avail = mem_limit; } else { fprintf(stderr, "Warning: Failed to allocate requested memory in" " one large chunk.\nWill allocate in smaller chunks\n"); } } memset(slabclass, 0, sizeof(slabclass)); // 初始化每个slabclass_t的trunk大小和每个slab中trunk数量 // slabclass中每个slabclass_t的trunk大小增长为factor倍 // 注意 i 从索引 1 开始 while (++i < POWER_LARGEST && size <= settings.item_size_max / factor) { /* Make sure items are always n-byte aligned */ if (size % CHUNK_ALIGN_BYTES) // 内存8字节对齐 size += CHUNK_ALIGN_BYTES - (size % CHUNK_ALIGN_BYTES); slabclass[i].size = size; slabclass[i].perslab = settings.item_size_max / slabclass[i].size; size *= factor; if (settings.verbose > 1) { fprintf(stderr, "slab class %3d: chunk size %9u perslab %7u\n", i, slabclass[i].size, slabclass[i].perslab); } } // slabclass中最后一个slabclass_t的trunk大小设置为最大item大小 power_largest = i; slabclass[power_largest].size = settings.item_size_max; slabclass[power_largest].perslab = 1; if (settings.verbose > 1) { fprintf(stderr, "slab class %3d: chunk size %9u perslab %7u\n", i, slabclass[i].size, slabclass[i].perslab); } ....// 省略 }
上面代码中的slabclass是一个类型为slabclass_t结构的数组,其定义如下:
typedef struct { unsigned int size; /* sizes of items */ unsigned int perslab; /* how many items per slab */ void **slots; /* list of item ptrs */ unsigned int sl_total; /* size of previous array */ unsigned int sl_curr; /* first free slot */ void *end_page_ptr; /* pointer to next free item at end of page, or 0 */ unsigned int end_page_free; /* number of items remaining at end of last alloced page */ unsigned int slabs; /* how many slabs were allocated for this class */ void **slab_list; /* array of slab pointers */ unsigned int list_size; /* size of prev array */ unsigned int killing; /* index+1 of dying slab, or zero if none */ size_t requested; /* The number of requested bytes */ } slabclass_t;
由分割算法的源代码可知,slab算法按照不同大小的chunk分割slab页,而不同大小的chunk以factor(默认是1.25)倍增大。
使用memcache -vv 命令查看内存分配情况(8字节对齐):
(图片引用自: http://blog.csdn.net/cyningsun/article/details/8782348)
------------------------------------------
今天先写到这里,防止胡弄自己。