memcached 内存存储Slab Allocator 笔记整理

Slab Allocator内存分配机制

Memcache按照预先规定的大小，将分配的内存分割成特定长度的块，以解决内存碎片问题.

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Memcache的存储涉及到slab，page，chunk三个概念,三者是包含关系，从小到大如下：
1．Chunk为固定大小的内存空间，默认为96Byte。
2．page对应实际的物理空间，1个page默认为1M。
所以memcache默认最大存储1M的对象，每个Slab中按照Page来申请内存， Page的大小默认为1M，可以通过-l参数调整，最小1k，最大128m.
3．同样大小的chunk又称为slab。
三者的关系如下图：

Paste_Image.png

比较重要的几个启动参数:
-f:增长因子,chunk的值会按照增长因子的比例增长(chunk size growth factor).
-n:每个chunk的初始大小(minimum space allocated for key+value+flags),chunk大小还包括本身结构体大小.
-I:每个slab page大小(Override the size of each slab page. Adjusts max item size)
-m:需要分配的大小(max memory to use for items in megabytes)

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Slab Allocator 的缺点

由于分配的是特定长度的内存，因此无法有效利用分配的内存。例如，将100 字节的数据缓存到128 字节的chunk 中，剩余的28字节就浪费了

Image.png

对于该问题目前还没有完美的解决方案，但是可以通过分析目标应用缓存的大小，来调整chunk的大小以减少浪费。

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使用Growth Factor进行调优

memcached 在启动时指定Growth Factor 因子（通过f 选项），就可以在某种程度上控制slab 之间的差异。默认值为1.25。但是，在该选项出现之前，这个因子曾经固定为2，称为“powers of 2”策略。
下面是启动后的verbose 输出：
slab class 1: chunk size 128 perslab 8192
slab class 2: chunk size 256 perslab 4096
slab class 3: chunk size 512 perslab 2048
slab class 4: chunk size 1024 perslab 1024
slab class 5: chunk size 2048 perslab 512
slab class 6: chunk size 4096 perslab 256
slab class 7: chunk size 8192 perslab 128
slab class 8: chunk size 16384 perslab 64
slab class 9: chunk size 32768 perslab 32
slab class 10: chunk size 65536 perslab 16
slab class 11: chunk size 131072 perslab 8
slab class 12: chunk size 262144 perslab 4
slab class 13: chunk size 524288 perslab 2
可见，从128 字节的组开始，组的大小依次增大为原来的2 倍。这样设置的问题是，slab 之间的差别比较大，有些情况下就相当浪费内存。因此，为尽量减少内存浪费，追加了growth factor 这个选项来看看现在的默认设置（f=1.25）时的输出（篇幅所限，这里只写到第10 组）：
slab class 1: chunk size 88 perslab 11915
slab class 2: chunk size 112 perslab 9362
slab class 3: chunk size 144 perslab 7281
slab class 4: chunk size 184 perslab 5698
slab class 5: chunk size 232 perslab 4519
slab class 6: chunk size 296 perslab 3542
slab class 7: chunk size 376 perslab 2788
slab class 8: chunk size 472 perslab 2221
slab class 9: chunk size 592 perslab 1771
slab class 10: chunk size 744 perslab 1409

可见，组间差距比因子为2 时小得多，更适合缓存几百字节的记录。从上面的输出结果来看，可能会觉得有些计算误差，这些误差是为了保持字节数的对齐而故意设置的。将memcached 引入产品，或是直接使用默认值进行部署时，最好是重新计算一下数据的预期平均长度，调整growth factor，以获得最恰当的设置。内存是珍贵的资源，浪费就太可惜了。