Memcache协议分析

如果你不喜欢 php_memcache.dll 扩展或者服务器器目前不支持这个扩展，那么就可以考虑自己构建，需要构建Memcahe的客户端，要先了解Memcache协议的交互，这样才能开发自己的客户端，我这里就简单的分析以下Memcache的协议。
（更详细的协议内容请在Memcache服务器端的源码的 doc/protocol.txt 文件中，本文基本来源于此）

Memcache既支持TCP协议，也支持UDP协议，不过我们这里是以TCP协议的协议作为主要考虑对象，想了解UDP协议的过程，请参考 doc/protocol.txt 文件。

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[ 错误指令]
Memcache的协议的错误部分主要是三个错误提示之提示指令：
普通错误信息，比如指令错误之类的
ERROR/r/n

客户端错误
CLIENT_ERROR <错误信息>/r/n

服务器端错误
SERVER_ERROR <错误信息>/r/n

[ 数据保存指令]
数据保存是基本的功能，就是客户端通过命令把数据返回过来，服务器端接收后进行处理。
指令格式：
<命令> <键> <标记> <有效期> <数据长度>/r/n

<命令> - command name
主要是三个储存数据的三个命令， set, add, replace
set 命令是保存一个叫做key的数据到服务器上
add 命令是添加一个数据到服务器，但是服务器必须这个key是不存在的，能够保证数据不会被覆盖
replace 命令是替换一个已经存在的数据，如果数据不存在，就是类似set功能

<键> - key
就是保存在服务器上唯一的一个表示符，必须是跟其他的key不冲突，否则会覆盖掉原来的数据，这个key是为了能够准确的存取一个数据项目

<标记> - flag
标记是一个16位的无符号整形数据，用来设置服务器端跟客户端一些交互的操作

<有效期> - expiration time
是数据在服务器上的有效期限，如果是0，则数据永远有效，单位是秒，Memcache服务器端会把一个数据的有效期设置为当前Unix时间+设置的有效时间

<数据长度> - bytes
数据的长度，block data 块数据的长度，一般在这个个长度结束以后下一行跟着block data数据内容，发送完数据以后，客户端一般等待服务器端的返回，服务器端的返回：

数据保存成功
STORED/r/n

数据保存失败，一般是因为服务器端这个数据key已经存在了
NOT_STORED/r/n

[ 数据提取命令]
从服务器端提取数据主要是使用get指令，格式是：
get <键>*/r/n

<键>* - key
key是是一个不为空的字符串组合，发送这个指令以后，等待服务器的返回。如果服务器端没有任何数据，则是返回：
END/r/n

证明没有不存在这个key，没有任何数据，如果存在数据，则返回指定格式：
VALUE <键> <标记> <数据长度>/r/n
<数据块>/r/n

返回的数据是以VALUE开始的，后面跟着key和flags，以及数据长度，第二行跟着数据块。

<键> -key
是发送过来指令的key内容

<标记> - flags
是调用set指令保存数据时候的flags标记

<数据长度> - bytes
是保存数据时候定位的长度

<数据块> - data block
数据长度下一行就是提取的数据块内容

[ 数据删除指令]
数据删除指令也是比较简单的，使用get指令，格式是：
delete <键> <超时时间>/r/n

<键> - key
key是你希望在服务器上删除数据的key键

<超时时间> - timeout
按照秒为单位，这个是个可选项，如果你没有指定这个值，那么服务器上key数据将马上被删除，如果设置了这个值，那么数据将在超时时间后把数据清除，该项缺省值是0，就是马上被删除

删除数据后，服务器端会返回：
DELETED/r/n
删除数据成功
NOT_FOUND/r/n
这个key没有在服务器上找到

如果要删除所有服务器上的数据，可以使用flash_all指令，格式：
flush_all/r/n

这个指令执行后，服务器上所有缓存的数据都被删除，并且返回：
OK/r/n

这个指令一般不要轻易使，除非你却是想把所有数据都干掉，删除完以后可以无法恢复的。

[其他指令]
如果想了解当前Memcache服务器的状态和版本等信息，可以使用状态查询指令和版本查询指令。

如果想了解当前所有Memcache服务器运行的状态信息，可以使用stats指令，格式
stats/r/n
服务器将返回每行按照 STAT 开始的状态信息，包括20行，20项左右的信息，包括守护进程的pid、版本、保存的项目数量、内存占用、最大内存限制等等信息。

如果只是想获取部分项目的信息，可以指定参数，格式：
stats <参数>/r/n
这个指令将只返回指定参数的项目状态信息。

如果只是想单独了解当前版本信息，可以使用version指令，格式：
version/r/n
将返回以 VERSION 开头的版本信息

如果想结束当前连接，使用quit指令，格式：
quit/r/n

将断开当前连接

另外还有其他指令，包括incr, decr 等，我也不太了解作用，就不做介绍了，如果感兴趣，可以自己去研究。

Memcache在中型网站的使用

使用Memcache的网站一般流量都是比较大的，为了缓解数据库的压力，让Memcache作为一个缓存区域，把部分信息保存在内存中，在前端能够迅速的进行存取。那么一般的焦点就是集中在如何分担数据库压力和进行分布式，毕竟单台Memcache的内存容量的有限的。我这里简单提出我的个人看法，未经实践，权当参考。

[ 分布式应用]
Memcache本来支持分布式，我们客户端稍加改造，更好的支持。我们的key可以适当进行有规律的封装，比如以user为主的网站来说，每个用户都有User ID，那么可以按照固定的ID来进行提取和存取，比如1开头的用户保存在第一台Memcache服务器上，以2开头的用户的数据保存在第二胎Mecache服务器上，存取数据都先按照User ID来进行相应的转换和存取。

但是这个有缺点，就是需要对User ID进行判断，如果业务不一致，或者其他类型的应用，可能不是那么合适，那么可以根据自己的实际业务来进行考虑，或者去想更合适的方法。

[ 减少数据库压力]
这个算是比较重要的，所有的数据基本上都是保存在数据库当中的，每次频繁的存取数据库，导致数据库性能极具下降，无法同时服务更多的用户，比如MySQL，特别频繁的锁表，那么让Memcache来分担数据库的压力吧。我们需要一种改动比较小，并且能够不会大规模改变前端的方式来进行改变目前的架构。

我考虑的一种简单方法：
后端的数据库操作模块，把所有的Select操作提取出来（update/delete/insert不管），然后把对应的SQL进行相应的hash算法计算得出一个hash数据key（比如MD5或者SHA），然后把这个key去Memcache中查找数据，如果这个数据不存在，说明还没写入到缓存中，那么从数据库把数据提取出来，一个是数组类格式，然后把数据在set到Memcache中，key就是这个SQL的hash值，然后相应的设置一个失效时间，比如一个小时，那么一个小时中的数据都是从缓存中提取的，有效减少数据库的压力。

缺点是数据不实时，当数据做了修改以后，无法实时到前端显示，并且还有可能对内存占用比较大，毕竟每次select出来的数据数量可能比较巨大，这个是需要考虑的因素。

上面只是我两点没有经过深思熟虑的简单想法，也许有用，那就最好了。

Memcache的安全

我们上面的Memcache服务器端都是直接通过客户端连接后直接操作，没有任何的验证过程，这样如果服务器是直接暴露在互联网上的话是比较危险，轻则数据泄露被其他无关人员查看，重则服务器被入侵，因为Mecache是以root权限运行的，况且里面可能存在一些我们未知的bug或者是缓冲区溢出的情况，这些都是我们未知的，所以危险性是可以预见的。

为了安全起见，我做两点建议，能够稍微的防止黑客的入侵或者数据的泄露。

[ 内网访问]
最好把两台服务器之间的访问是内网形态的，一般是Web服务器跟Memcache服务器之间。普遍的服务器都是有两块网卡，一块指向互联网，一块指向内网，那么就让Web服务器通过内网的网卡来访问Memcache服务器，我们Memcache的服务器上启动的时候就监听内网的IP地址和端口，内网间的访问能够有效阻止其他非法的访问。

# memcached -d -m 1024 -u root -l 192.168.168.167 -p 11211 -c 1024 -P /tmp/memcached.pid

Memcache服务器端设置监听通过内网的192.168.168.167的ip的11211端口，占用1024MB内存，并且允许最大1024个并发连接

[ 设置防火墙]
防火墙是简单有效的方式，如果却是两台服务器都是挂在网的，并且需要通过外网IP来访问Memcache的话，那么可以考虑使用防火墙或者代理程序来过滤非法访问。
一般我们在Linux下可以使用iptables或者FreeBSD下的ipfw来指定一些规则防止一些非法的访问，比如我们可以设置只允许我们的Web服务器来访问我们Memcache服务器，同时阻止其他的访问。

# iptables -F
# iptables -P INPUT DROP
# iptables -A INPUT -p tcp -s 192.168.0.2 --dport 11211 -j ACCEPT
# iptables -A INPUT -p udp -s 192.168.0.2 --dport 11211 -j ACCEPT

上面的iptables规则就是只允许192.168.0.2这台Web服务器对Memcache服务器的访问，能够有效的阻止一些非法访问，相应的也可以增加一些其他的规则来加强安全性，这个可以根据自己的需要来做。

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