[置顶] Memcached安装使用和源码调试



memcached官网：http://memcached.org/

一.安装

下载

# wget http://www.memcached.org/files/memcached-1.4.25.tar.gz

解压

# tar xzvf memcached-1.4.25.tar.gz

#cd memcached-1.4.25

配置

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

注意这里选择libevent的位置即可  例如你的是在–with-libevent=/usr/local/libevent/

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

编译安装

# make && make install

---------------需要依赖安装libevent-------------------

libevent官网 http://libevent.org/

# wget https://github.com/libevent/libevent/releases/download/release-2.0.22-stable/libevent-2.0.22-stable.tar.gz
# tar xzvf libevent-2.0.22-stable.tar.gz
# cd libevent-2.0.22-stable
# ./configure --prefix=/usr/local/libevent
# make && make install

----------------------------------

二.使用

启动

# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 100 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512 -P /usr/local/memcached/memcached.pid

启动参数：

memcached 1.4.2
-p <num>      监听的TCP端口(默认: 11211)
-U <num>      监听的UDP端口(默认: 11211, 0表示不监听)
-s <file>     用于监听的UNIX套接字路径（禁用网络支持）
-a <mask>     UNIX套接字访问掩码，八进制数字（默认：0700）
-l <ip_addr>  监听的IP地址。（默认：INADDR_ANY，所有地址）
-d            作为守护进程来运行。
-r            最大核心文件限制。
-u <username> 设定进程所属用户。（只有root用户可以使用这个参数）
-m <num>      单个数据项的最大可用内存，以MB为单位。（默认：64MB）
-M            内存用光时报错。（不会删除数据）
-c <num>      最大并发连接数。（默认：1024）
-k            锁定所有内存页。注意你可以锁定的内存上限。
              试图分配更多内存会失败的，所以留意启动守护进程时所用的用户可分配的内存上限。
              （不是前面的 -u <username> 参数；在sh下，使用命令"ulimit -S -l NUM_KB"来设置。）
-v            提示信息（在事件循环中打印错误/警告信息。）
-vv           详细信息（还打印客户端命令/响应）
-vvv          超详细信息（还打印内部状态的变化）
-h            打印这个帮助信息并退出。
-i            打印memcached和libevent的许可。
-P <file>     保存进程ID到指定文件，只有在使用 -d 选项的时候才有意义。
-f <factor>   块大小增长因子。（默认：1.25）
-n <bytes>    分配给key+value+flags的最小空间（默认：48）
-L            尝试使用大内存页（如果可用的话）。提高内存页尺寸可以减少"页表缓冲（TLB）"丢失次数，提高运行效率。
              为了从操作系统获得大内存页，memcached会把全部数据项分配到一个大区块。
-D <char>     使用 <char> 作为前缀和ID的分隔符。
              这个用于按前缀获得状态报告。默认是":"（冒号）。
              如果指定了这个参数，则状态收集会自动开启；如果没指定，则需要用命令"stats detail on"来开启。
-t <num>      使用的线程数（默认：4）
-R            每个连接可处理的最大请求数。
-C            禁用CAS。
-b            设置后台日志队列的长度（默认：1024）
-B            绑定协议 - 可能值：ascii,binary,auto（默认）
-I            重写每个数据页尺寸。调整数据项最大尺寸。

查看详情

#ps aux|grep mem   

输出pid

#cat /usr/local/memcached/memcached.pid

 

状态

# telnet 127.0.0.1 11211

STAT limit_maxbytes就是最大内存是100M。

增加内存到200M

# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 200 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512 -P /usr/local/memcached/memcached.pid

先后2次查看内存使用

# top -n 1 |grep Mem

在启动memcached的时候可以通过-vv来查看slab的种类：
# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 100 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512 -P /usr/local/memcached/memcached.pid -vv
# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 512 -l 0.0.0.0 -p 11211 -u root -vv

默认一个slab=1048576字节=1024K=1M

默认的truck是48
改为240
# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 100  -n 240 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512 -P /usr/local/memcached/memcached.pid  -vv
# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 512 -n 240 -l 0.0.0.0 -p 11211 -u root -vv

增长因子f默认是1.25，该值越小所能提供的chunk间隔越小，可以减少内存的浪费
# /usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 512  -f 2 -l 0.0.0.0 -p 11211 -u root -vv

修改-I改变每个slab的大小：

第一次最大-I只有2048，然后改为4056

查看slabs状态

# stats slabs   显示各个slab的信息，包括chunk的大小、数目、使用情况等

# telnet 127.0.0.1 11211
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
# set key1 0 0 3
www
STORED
# get key1

需要注意的是set 最后一个参数就是value字符的长度！

下面是故意构造多个不同chunk的字符存储效果

# stats

# stats items

调整slab参数
slab对于memcached的空间利用率占有决定因素.

1: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)

2:stats slabs

chunk_size:chunk大小

chunk_per_page:每个page的chunk数量

total_pages:page数量

total_chunks:chunk数量*page数量

used_chunks:已被分配的chunk数量

free_chunks:曾经被使用,但是目前被回收的chunk数.

free_chunks_end:从来没被使用的chunk数

mem_requested:请求存储的字节数

active_slabs:活动的slabs.

total_malloced:实际已分配的内存数.

3:重要的结构体和常量

typedef struct {

      unsigned int size;      

      unsigned int perslab;  

      void **slots;          

      unsigned int sl_total;  

      unsigned int sl_curr;  

      void *end_page_ptr;        

      unsigned int end_page_free;

      unsigned int slabs;    

      void **slab_list;      

      unsigned int list_size;

} slabclass_t;

static slabclass_t slabclass[MAX_NUMBER_OF_SLAB_CLASSES];

4:slabs_init函数

slabs_init(const size_t limit, const double factor, const bool prealloc) 

unsigned int size = sizeof(item) + settings.chunk_size;   //计算一个chunk的大小,包括item结构体本身的大小,key和value和flags的大小.

mem_base = malloc(mem_limit); //一次性分配mem_limit大小的内存,并指向到mem_base指针中.

memset(slabclass, 0, sizeof(slabclass));//初始化为0

while (++i < POWER_LARGEST && size <= settings.item_size_max / factor) {

          if (size % CHUNK_ALIGN_BYTES)

              size += CHUNK_ALIGN_BYTES - (size % CHUNK_ALIGN_BYTES); //字节对齐

          slabclass[i].size = size; //这个slabs的大小

          slabclass[i].perslab = settings.item_size_max / slabclass[i].size; //一共含有多少个chunk

          size *= factor; //增长因子

      }

power_largest = i; //最后一个slabs.最多可以有MAX_NUMBER_OF_SLAB_CLASSES个

slabclass[power_largest].size = settings.item_size_max;

slabclass[power_largest].perslab = 1;

#ifndef DONT_PREALLOC_SLABS

      {

          char *pre_alloc = getenv("T_MEMD_SLABS_ALLOC");

          if (pre_alloc == NULL || atoi(pre_alloc) != 0) {

              slabs_preallocate(power_largest);

          }

      }

#endif

5:do_slabs_newslab 初始化slabs

do_slabs_newslab(const unsigned int id) {

      slabclass_t *p = &slabclass[id]; //对应第几个slabs

      int len = p->size * p->perslab;

      char *ptr;

      if ((mem_limit && mem_malloced + len > mem_limit && p->slabs > 0) || (grow_slab_list(id) == 0) || ((ptr = memory_allocate((size_t)len)) == 0)) {

          return 0;

      }

      memset(ptr, 0, (size_t)len); //初始化大小

      p->end_page_ptr = ptr; //指向下一个空闲的page指针

      p->end_page_free = p->perslab;//没有使用的chunk个数

      p->slab_list[p->slabs++] = ptr;

      mem_malloced += len; //对mem_base指针的移动

      return 1;

}

//重新分配slabs个数,默认是分配16个页,后续按照2倍增加

static int grow_slab_list (const unsigned int id) {

      slabclass_t *p = &slabclass[id];

      if (p->slabs == p->list_size) {

          size_t new_size =   (p->list_size != 0) ? p->list_size * 2 : 16;

          void *new_list = realloc(p->slab_list, new_size * sizeof(void *)); //重新realloc

          if (new_list == 0) return 0;

          p->list_size = new_size;

          p->slab_list = new_list;

      }

      return 1;

}

6:slabs_clsid

根据指定大小的数据,确定应该放入到那个桶

unsigned int slabs_clsid(const size_t size) {

      int res = POWER_SMALLEST;

      if (size == 0)

          return 0;

      while (size > slabclass[res].size)

          if (res++ == power_largest)  

              return 0;

      return res;

}

7:do_slabs_alloc

//从class中分配chunk.

static void *do_slabs_alloc(const size_t size, unsigned int id) {

      slabclass_t *p;

      void *ret = NULL;

     

    //假如slabs标记号不对,则发挥错误

      if (id < POWER_SMALLEST || id > power_largest) {

          return NULL;

      }

      p = &slabclass[id];

      assert(p->sl_curr == 0 || ((item *)p->slots[p->sl_curr - 1])->slabs_clsid == 0);

#ifdef USE_SYSTEM_MALLOC

      if (mem_limit && mem_malloced + size > mem_limit) {

          return 0;

      }

      mem_malloced += size;

      ret = malloc(size);

      return ret;

#endif

      if (! (p->end_page_ptr != 0 || p->sl_curr != 0 ||

            do_slabs_newslab(id) != 0)) { 

          ret = NULL;

      } else if (p->sl_curr != 0) {

          ret = p->slots[--p->sl_curr];   //直接使用

      } else {

          assert(p->end_page_ptr != NULL);

          ret = p->end_page_ptr;

          if (--p->end_page_free != 0) {

              p->end_page_ptr = ((caddr_t)p->end_page_ptr) + p->size;

          } else {

              p->end_page_ptr = 0;

          }

      }

      return ret;

} 



   slab，是一个逻辑概念。它是在启动memcached实例的时候预处理好的，每个slab对应一个chunk size，也就是说不同slab有不同的chunk size。具体分配多少个slab由参数 -f （增长因子）和 -n （chunk最小尺寸）决定的。

    page，可以理解为内存页。大小固定为1m。slab会在存储请求时向系统申请page，并将page按chunk size进行切割。

    chunk，是保存用户数据的最小单位。用户数据item（包括key，value）最终会保存到chunk内。chunk规格是固定的，如果用户数据放进来后还有剩余则这剩余部分不能做其他用途。

     工作流程：memcahed实例启动，根据 -f 和 -n 进行预分配slab。以 -n 为最小值开始，以 -f 为比值生成等比数列，直到1m为止（每个slab的chunk size都要按8的倍数进行补全，比如：如果按比值算是556的话，会再加4到560成为8的整倍数）。然后每个slab分配一个page。当用户发来存储请求时（key,value），memcached会计算key+value的大小，看看属于哪个slab。确定slab后看里面的是否有空闲 chunk放key+value，如果不够就再向系统申请一个page（如果此时已经达到 -m 参数设置的内存使用上限，则看是否设置了 -M 。如果设置了 -M 则返回错误提示，否则按LRU算法删除数据）。申请后将该page按本slab的chunk size 进行切割，然后分配一个来存放用户数据。

    注意：

    1，chunk是在page里面划分的，而page固定为1m，所以chunk最大不能超过1m。

    2，chunk实际占用内存要加48B，因为chunk数据结构本身需要占用48B。

    3，如果用户数据大于1m，则memcached会将其切割，放到多个chunk内。

    4，已分配出去的page不能回收。

优化建议

1，-n 参数的设置，注意将此参数设置为1024可以整除的数（还要考虑48B的差值），否则余下来的部分就浪费了。

2，不要存储超过1m的数据。因为要拆成多个chunk，计算和时间成本都成倍增加。

3，善用stats命令查看memcached状态。

4，消灭eviction（被删除的数据）。造成eviction是因为内存不够，有三个思路：一是在CPU有余力的情况下开启压缩（PHP扩展）；二是增加内存；三是调整 -f 参数，减少内存浪费。

5，调整业务代码，提高命中率。

6，缓存小数据。省带宽，省网络I/O时间，省内存。

7，根据业务特点，为数据尺寸区间小的业务分配专用的memcached实例。这样可以调小 -f 参数，使数据集中存在少数几个slab上，内存浪费较少。 

Memcached的内存分配以page为单位，默认情况下一个page是1M ，可以通过-I参数在启动时指定。如果需要申请内存 时，memcached会划分出一个新的page并分配给需要的slab区域。Memcached并不是将所有大小的数据都放在一起的，而是预先将数据空间划分为一系列slabs，每个slab只负责一定范围内的数据存储，其大小可以通过启动参数设置增长因子，默认为1.25，即下一个slab的大小是上一个的1.25倍。



Memcached在启动时通过-m指定最大使用内存，但是这个不会一启动就占用，是随着需要逐步分配给各slab的。
         如果一个新的缓存数据要被存放，memcached首先选择一个合适的slab，然后查看该slab是否还有空闲的chunk，如果有则直接存放进去；如 果没有则要进行申请。slab申请内存时以page为单位，所以在放入第一个数据，无论大小为多少，都会有1M大小的page被分配给该slab。申请到 page后，slab会将这个page的内存按chunk的大小进行切分，这样就变成了一个chunk的数组，在从这个chunk数组中选择一个用于存储 数据。如下图，slab 1和slab 2都分配了一个page，并按各自的大小切分成chunk数组。




默认情况下memcached把slab分为42类（class1～class42），在class 1中，chunk的大小为96字节，由于一个slab的大小是固定的1048576字节（1M），因此在class1中最多可以有10922个chunk：

       13107×80 + 16 = 1048576

在class1中，剩余的16字节因为不够一个chunk的大小（80byte），因此会被浪费掉。每类chunk的大小有一定的计算公式的，假定i代表分类，class i的计算公式如下：

chunk size(class i) :  (default_size+item_size)*f^(i-1)+ CHUNK_ALIGN_BYTES

• default_size: 默认大小为48字节,也就是memcached默认的key+value的大小为48字节，可以通过-n参数来调节其大小；
• item_size: item结构体的长度，固定为32字节。default_size大小为48字节,item_size为32，因此class1的chunk大小为48+32=80字节；
• f为factor，是chunk变化大小的因素，默认值为1.25，调节f可以影响chunk的步进大小，在启动时可以使用-f来指定;
• CHUNK_ALIGN_BYTES是一个修正值，用来保证chunk的大小是某个值的整数倍（在32位机器上要求chunk的大小是4的整数倍）。

从上面的分析可以看到，我们实际可以调节的参数有-f、-n，在memcached的实际运行中，我们还需要观察我们的数据特征，合理的调节f，n的值，使我们的内存得到充分的利用减少浪费。

•Memcached 采用slab+page+chunk 方式管理内存
–Slab，特定大小的一组chunk
–Page，每次分配给slab的内存空间，会按照slab大小切分为chunk（默认1MB）–Chunk，存储记录的内存空间

下面是我画的memcached的slab结构图

下面是：http://wenku.baidu.com/view/3e858ff09e314332396893fe.html

存储一个value的大体过程

存储一个value的大体过程
1.先根据要存储的key、value和flags计算item的大小
item长度=item结构大小 + 键长 + 后缀长 + 存储值长度
2.如果这个item对应的slab还没有创建，则申请1个page（默认1MB），将这个page按照这个slab类chunk的大写进行分割，然后将这个 item 存入
3.如果存在，且对应的slab没用完，存储
4.如果存在，且对应的slab用完了，则看内存是否用完，用完则启用LRU，否则申请新的page，存储

三.调试(带参数+线程)

在make的时候增加参数：

如果之前已经安装需要清理，
必须加上编译选项-O0，不然在gdb内打印变量时提示"<value optimized out>"

# make uninstall
# make CFLAGS="-g -O0"
# make install

在gdb里启动

# gdb /usr/local/memcached/bin/memcached

给gdb传参数

带精灵模式
# set args -d -m 100 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512

不带精灵模式
# set args  -m 100 -uroot -l 0.0.0.0 -p 11211 -c 512

后面都是走正常的调试流程

# r
# break main
# break slabs_init
后面都是走正常的调试流程
# s  下一步 跟进函数
# n  下一步 不跟进函数
# c  下一个断点



修改变量值 
修改do_daemonize，这样就不用进入daemon了

#p do_daemonize=0


调试线程
# info threads
显示进程中所有的线程的概要信息。gdb按顺序显示：
1.线程号(gdb设置)
2.目标系统的线程标识。
3.此线程的当前堆栈。
一前面打*的线程表示是当前线程。

#thread THREADNO
把线程号为THREADNO的线程设为当前线程。命令行参数THREADNO是gdb内定的
线程号。你可以用info threads命令来查看gdb内设置的线程号。gdb显示该线程
的系统定义的标识号和线程对应的堆栈。比如：


#thread apply [THREADNO] [ALL] ARGS
此命令让你对一个以上的线程发出相同的命令ARGS,[THREADNO]的含义同上。
如果你要向你进程中的所有的线程发出命令使用[ALL]选项。
无论gdb何时中断了你的程序(因为一个断点或是一个信号)，它自动选择信号或
断点发生的线程为当前线程。gdb将用一个格式为[Switching to SYSTAG]的消息来向你报告。