Memcached内存数据库群集

Memcached概述

一套开源的高性能分布式内存对象缓存系统
所有的数据都存储在内存中
支持任意存储类型的数据
提高网址访问的速度

Memcached缓存机制

当程序写入缓存数据请求时，Memcached的API接口将KEY输入路由算法模块路由到集群中的一台服务，之后由API接口与服务器进行通信，完成一次分布式缓存写入
Key索引建立在API中，值value数据存在后面的memcached中

Memcached分布式

要依赖于Memcached的客户端来实现
多个Memcached服务器是独立的
分布式数据如何存储是路由算法所决定

Memcached路由算法

求余数hash算法
先用key做hash运算的到一个整数，再去做hash算法，根据余数进行路由。不适合在动态变化的环境中
一致性hash算法
按照hash算法把对应key通过一定hash算法处理后映射形成一个首尾接闭合循环，然后通过使用与对象存储一样的hash算法将机器也映射到环中，顺时针方向计算将所有对象存储到离自己最近的机器中。适合在动态变化中使用

Memcached是danga.com（运营LiveJournal的技术团队）开发的一套分布式内存对象缓存系统，用于在动态系统中减少数据库负载，提升性能。关于这个东西，相信很多人都用过，本文意在通过对memcached的实现及代码分析，获得对这个出色的开源软件更深入的了解，并可以根据我们的需要对其进行更进一步的优化。末了将通过对BSM_Memcache扩展的分析，加深对memcached的使用方式理解。

Memcached是什么

在阐述这个问题之前，我们首先要清楚它“不是什么”。很多人把它当作和SharedMemory那种形式的存储载体来使用，虽然memcached使用了同样的“Key=>Value”方式组织数据，但是它和共享内存、APC等本地缓存有非常大的区别。Memcached是分布式的，也就是说它不是本地的。它基于网络连接（当然它也可以使用localhost）方式完成服务，本身它是一个独立于应用的程序或守护进程（Daemon方式）。

Memcached使用libevent库实现网络连接服务，理论上可以处理无限多的连接，但是它和Apache不同，它更多的时候是面向稳定的持续连接的，所以它实际的并发能力是有限制的。在保守情况下memcached的最大同时连接数为200，这和Linux线程能力有关系，这个数值是可以调整的。关于libevent可以参考相关文档。 Memcached内存使用方式也和APC不同。APC是基于共享内存和MMAP的，memcachd有自己的内存分配算法和管理方式，它和共享内存没有关系，也没有共享内存的限制，通常情况下，每个memcached进程可以管理2GB的内存空间，如果需要更多的空间，可以增加进程数。

Memcached适合什么场合

在很多时候，memcached都被滥用了，这当然少不了对它的抱怨。我经常在论坛上看见有人发贴，类似于“如何提高效率”，回复是“用memcached”，至于怎么用，用在哪里，用来干什么一句没有。memcached不是万能的，它也不是适用在所有场合。

Memcached是“分布式”的内存对象缓存系统，那么就是说，那些不需要“分布”的，不需要共享的，或者干脆规模小到只有一台服务器的应用，memcached不会带来任何好处，相反还会拖慢系统效率，因为网络连接同样需要资源，即使是UNIX本地连接也一样。 在我之前的测试数据中显示，memcached本地读写速度要比直接PHP内存数组慢几十倍，而APC、共享内存方式都和直接数组差不多。可见，如果只是本地级缓存，使用memcached是非常不划算的。

Memcached在很多时候都是作为数据库前端cache使用的。因为它比数据库少了很多SQL解析、磁盘操作等开销，而且它是使用内存来管理数据的，所以它可以提供比直接读取数据库更好的性能，在大型系统中，访问同样的数据是很频繁的，memcached可以大大降低数据库压力，使系统执行效率提升。另外，memcached也经常作为服务器之间数据共享的存储媒介，例如在SSO系统中保存系统单点登陆状态的数据就可以保存在memcached中，被多个应用共享。

需要注意的是，memcached使用内存管理数据，所以它是易失的，当服务器重启，或者memcached进程中止，数据便会丢失，所以memcached不能用来持久保存数据。很多人的错误理解，memcached的性能非常好，好到了内存和硬盘的对比程度，其实memcached使用内存并不会得到成百上千的读写速度提高，它的实际瓶颈在于网络连接，它和使用磁盘的数据库系统相比，好处在于它本身非常“轻”，因为没有过多的开销和直接的读写方式，它可以轻松应付非常大的数据交换量，所以经常会出现两条千兆网络带宽都满负荷了，memcached进程本身并不占用多少CPU资源的情况。

下面我们开始做memcached群集

实验环境

4 192.168.136.238 主服务器
5 192.168.136.239 从服务器
6 192.168.136.185 客户端
客户端访问的漂移地址 192.168.136.188**

4主服务器安装memcached，libevent事件库，mamgent代理包

[root@localhost ~]# mkdir /abc
[root@localhost ~]# mount.cifs //192.168.100.25/memcached /abc #挂载
Password for root@//192.168.100.25/memcached:  
[root@localhost ~]# cd /abc/
[root@localhost abc]# ls
LAMP-php5.6                   magent-0.5.tar.gz   memcached-1.5.6.tar.gz
libevent-2.1.8-stable.tar.gz  memcache-2.2.7.tgz
[root@localhost abc]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz -C /opt #事件库,memcached依赖于事件库
[root@localhost abc]# tar zxvf memcached-1.5.6.tar.gz -C /opt/   #服务端memcached
[root@localhost abc]# yum install gcc gcc-c++ make -y #安装环境包
[root@localhost abc]# mkdir /opt/magent
[root@localhost abc]# tar zxvf magent-0.5.tar.gz -C /opt/magent/
[root@localhost opt]# cd libevent-2.1.8-stable/
[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr 
[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# make && make install #编译安装
[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# cd ../memcached-1.5.6/
[root@localhost memcached-1.5.6]# ./configure --with-libevent=/usr
make
make install

5从服务器安装memcached,libevent事件库

[root@localhost ~]# mkdir /abc
[root@localhost ~]# mount.cifs //192.168.100.25/memcached /abc
Password for root@//192.168.100.25/memcached:  
[root@localhost ~]# cd /abc/
[root@localhost abc]# ls
LAMP-php5.6                   magent-0.5.tar.gz   memcached-1.5.6.tar.gz
libevent-2.1.8-stable.tar.gz  memcache-2.2.7.tgz
[root@localhost abc]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz -C /opt #事件库,memcached依赖于事件库
[root@localhost abc]# tar zxvf memcached-1.5.6.tar.gz -C /opt/   #服务端memcached
[root@localhost abc]# yum install gcc gcc-c++ make -y
[root@localhost opt]# cd libevent-2.1.8-stable/
[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr

[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# make && make install
[root@localhost libevent-2.1.8-stable]# cd ../memcached-1.5.6/
[root@localhost memcached-1.5.6]# ./configure --with-libevent=/usr
make
make install

4主服务器配置magent

[root@localhost memcached-1.5.6]# cd /opt/
[root@localhost opt]# ls
libevent-2.1.8-stable  magent  memcached-1.5.6  rh
[root@localhost opt]# cd magent/
[root@localhost magent]# vim ketama.h #改两行
#ifndef SSIZE_MAX 
#define SSIZE_MAX 32767 
[root@localhost magent]# vim Makefile  #指定makefile文件，改一行
LIBS = -levent -lm
make #编译
[root@localhost magent]# ls
ketama.c  ketama.h  ketama.o  magent  magent.c  magent.o  Makefile
[root@localhost magent]# yum install openssh-clients -y #安装scp远程同步软件包
[root@localhost magent]# cp magent /usr/bin/ #把magent脚本放到/usr/local中，让系统能识别
[root@localhost magent]# scp magent root@192.168.136.239:/usr/bin/ #把mangent文件拷贝到从服务器上

主从都关闭防火墙

[root@localhost bin]# systemctl stop firewalld.service 
[root@localhost bin]# setenforce 0

主从都装

[root@localhost bin]# yum install keepalived -y

4主服务器配置主从同步

[root@localhost magent]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 
! Configuration File for keepalived

vrrp_script magent {    #写一个函数脚本
        script "/opt/shell/magent.sh" ##指定脚本位置
        interval 2  ##检测脚本时间间隔
}

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }   
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id MAGENT_HA   #主服务器id，两台不能一样
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33  #主服务器网卡
    virtual_router_id 51  
    priority 100 
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111 #默认验证
    }   
    track_script {  #调函数名magent
        magent
}       
    virtual_ipaddress {
        192.168.136.188  #客户端访问的漂移地址
    }   
}   

5从服务器安装openssh客户端

[root@localhost bin]# cd /etc/keepalived/
[root@localhost keepalived]# mv keepalived.conf keepalived.conf.bak #改名字
[root@localhost keepalived]# yum install openssh-clients -y

4主服务器用scp把keepalived文件传到从服务器

[root@localhost magent]# cd /etc/keepalived/
[root@localhost keepalived]# scp keepalived.conf root@192.168.136.239:/etc/keepalived/

5从服务器配置主从同步

[root@localhost keepalived]# ls
keepalived.conf  keepalived.conf.bak
[root@localhost keepalived]# vim keepalived.conf
! Configuration File for keepalived

vrrp_script magent {
        script "/opt/shell/magent.sh"
        interval 2
}

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id MAGENT_HB  #routed_id不能相同
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 52  #从服务器虚拟id不能和主服务器一样
    priority 90  #优先级比主服务器低
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }   
    track_script {
        magent
}       
    virtual_ipaddress {
        192.168.136.188
    }   
}   

4主服务器配置magent脚本

[root@localhost keepalived]# mkdir /opt/shell
[root@localhost keepalived]# cd /opt/shell/
[root@localhost shell]# vim magent.sh
#!/bin/bash
k=`ps -ef | grep keepalived | grep -v grep | wc -l` #检查keepaliveed进程，如果开启
if [ $k -gt 0 ]; then # -n连接数量 -l指定漂移地址，-p指定端口映射到主从服务器的地址
        magent -u root -n 51200 -l 192.168.136.188 -p 12000 -s 192.168.136.238:11211 -b 192.168.136.239:11211
else
pkill -9 magent
fi
[root@localhost shell]# chmod +x magent.sh 
[root@localhost shell]# systemctl start keepalived.service 
[root@localhost shell]# netstat -ntap | grep 12000
tcp        0      0 192.168.136.188:12000   0.0.0.0:*               LISTEN      124720/magent       

5从服务器同样的操作

[root@localhost keepalived]# mkdir /opt/shell
[root@localhost keepalived]# cd /opt/shell/
[root@localhost shell]# vim magent.sh
#!/bin/bash
k=`ps -ef | grep keepalived | grep -v grep | wc -l`
if [ $k -gt 0 ]; then
        magent -u root -n 51200 -l 192.168.136.188 -p 12000 -s 192.168.136.238:11211 -b 192.168.136.239:11211
else
pkill -9 magent
fi
[root@localhost shell]# chmod +x magent.sh 
[root@localhost shell]# systemctl start keepalived.service 
[root@localhost shell]# netstat -ntap | grep 12000  #查看magent端口
tcp        0      0 192.168.136.188:12000   0.0.0.0:*               LISTEN      11660/magent        

开启4主服务器memcached

[root@localhost shell]# memcached -m 512k -u root -d -l 192.168.136.238 -p 11211  #启动主，-m指定空间大小
[root@localhost shell]# netstat -ntap | grep 11211 
tcp        0      0 192.168.136.238:11211   0.0.0.0:*               LISTEN      44647/memcached     

开启5从服务器memecached

[root@localhost shell]# memcached -m 512k -u root -d -l 192.168.136.239 -p 11211 #启动从
[root@localhost shell]# netstat -ntap | grep 11211
tcp        0      0 192.168.136.239:11211   0.0.0.0:*               LISTEN      42654/memcached     

客户端 验证用telnet去连接memcached 内存数据库

[root@localhost ~]# telnet 192.168.136.188 12000
Trying 192.168.136.188...
Connected to 192.168.136.188.
Escape character is '^]'.
add username 0 0 7  #我们先写个键值对数据
1234567 
STORED

去4主服务器查看数据有没有

[root@localhost shell]# telnet 192.168.136.238 11211
Trying 192.168.136.238...
Connected to 192.168.136.238.
Escape character is '^]'.
geer^H^H
ERROR
get username
VALUE username 0 7
1234567
END

验证5从服务器数据有没有同步

[root@localhost shell]# telnet 192.168.136.239 11211
Trying 192.168.136.239...
Connected to 192.168.136.239.
Escape character is '^]'.
get username
VALUE username 0 7
1234567
END