高性能内存对象缓存Memcached原理与部署

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搭建案例

案例一:单memcached节点缓存系统

(1)设置各节点的主机名

[(2)安装 Memcached 服务器:](#(2)安装 Memcached 服务器:)

[安装 Libevent](#安装 Libevent)

[安装 Memcached](#安装 Memcached)

[设置 Memcached 服务脚本](#设置 Memcached 服务脚本)

[(3)Memcached API 客户端](#(3)Memcached API 客户端)

下载之前需要LAMP集群

[编译安装 Libmemcached](#编译安装 Libmemcached)

[编译安装 Memcached 扩展](#编译安装 Memcached 扩展)

[配置 PHP 添加 Memcached 组件](#配置 PHP 添加 Memcached 组件)

[测试 Memcached-API 功能](#测试 Memcached-API 功能)

[Memcached 数据库操作与管理](#Memcached 数据库操作与管理)

[案例二:Memcached 实现主主复制和高可用的方式](#案例二:Memcached 实现主主复制和高可用的方式)

[Memcached 主主复制架构](#Memcached 主主复制架构)

[(1)安装带有复制功能的 Memcached](#(1)安装带有复制功能的 Memcached)

[(2)安装带有复制功能的 Memcached](#(2)安装带有复制功能的 Memcached)

[(3)使用 telnet 进行简单验证复制功能](#(3)使用 telnet 进行简单验证复制功能)

[Memcached 主主复制+Keepalived 高可用架构](#Memcached 主主复制+Keepalived 高可用架构)

[(1)安装配置 keepalived(两台主机都安装)](#(1)安装配置 keepalived(两台主机都安装))


  • Memcached 是一套开源的高性能分布式内存对象缓存系统,它将所有的数据都存储在内存中,因为内存中会统一维护一张巨大的 Hash 表,所以支持任意存储类型的数据
  • Memcached 是典型的 C/S 架构,因此需要构建 Memcached 服务器端与 MemcachedAPI客户端。Memcached 服务器端是用 C 语言编写的,而 Memcached API 客户端可用任何语言来编写(如 PHP、Python、Perl 等),并通过 Memcached 协议与 Memcached 服务器端进行通信

1:数据存储方式与数据过期方式

  1. 数据存储方式:Slab Allocation
    1. Slab Allocation 即按组分配内存,每次先分配一个 Slab,相当于一个大小为 1M的页。然后,在 1M 的空间里根据数据划分大小相同的 Chunk,该方法可以有效解决内存碎片问题,但也可能会使内存空间产生浪费
  2. 数据过期方式:LRU、Laxzy Expiration
    1. LUR 是指追加的数据空间不足时,会根据 LRU 的情况淘汰最近最少使用的记录
    2. Laxzy Expiration 即惰性过期,是指使用 get 时查看记录时间,从而检查记录是否已经过期

2:Memcached 缓存机制

  • 缓存是常驻在内存的数据,能够快速进行读取,而 Memcached 就是这样一款非常出色的缓存软件。当程序写入缓存数据请求时,Memcached 的 API 接口将 Key 输入路由算法模块并路由到集群中的一台服务器,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

3:Memcached 分布式

  • Memcached分布式部署主要依赖于Memcached的客户来端实现,多个Memcached 服务器是独立的。分布式数据如何存储是由路由算法所决定。当数据到达客户端程序库,客户端的算法就依据路由算法来决定保的Memcached 服务器

4:Memcached 路由算法

  • 求余数 hash 算法
    • 先用key做hash运算得到一个整数,再做hash算法,根据余数进行路由
    • 适合大多数据需求,但是不适合在动态变化的环境中
  • 一致性 hash 算法
    • 按照hashi算法把对应的key通过一定的hash算法处理后映射形成一个首尾相接闭合循环,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自己最近的机器中
    • 适合在动态变化的环境中使用

搭建案例

|-----|-----------|------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------|
| 主机 | 操作系统 | 主机名/IP地址 | 主要软件及版本 |
| 服务器 | Centos7.9 | Memcache1/192.168.10.101 | libevent-2.1.8-stable.tar.gz memcached-1.5.1.tar.gz memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz |
| 服务器 | Centos7.9 | Memcache2/192.168.10.102 | libevent-2.1.8-stable.tar.gz memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz |
| 客户端 | Centos7.9 | Memcached-API/192.168.10.103 | httpd-2.4.25.tar.gz php-5.5.38.tar.gz libmemcached-1.0.18.tar.gz memcached-2.2.0.tgz |

案例一:单memcached节点缓存系统

(1)设置各节点的主机名

主机:192.168.10.101
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname Memcache1
[root@localhost ~]# bash

主机:192.168.10.102
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname Memcache2
[root@localhost ~]# bash

主机:192.168.10.103
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname Memcached-API
[root@localhost ~]# bash

(2)安装 Memcached 服务器:

安装 Libevent
[root@memcache1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@memcache1 ~]# yum -y install gcc*
[root@memcache1 ~]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz 
[root@memcache1 ~]# cd libevent-2.1.8-stable
[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr/local/libevent
[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# make && make install
  • Libevent 是一个用C语言编写的、轻量级的开源高性能事件通知库
    • 事件驱动( event-driven),高性能
    • 轻量级,专注于网络,不如 ACE 那么臃肿庞大
    • 源代码相当精炼、易读
    • 跨平台,支持 Windows、 Linux、 *BSD 和 Mac Os
    • 支持多种 I/O 多路复用技术, epoll、 poll、 dev/poll、 select 和 kqueue 等
    • 支持 I/O,定时器和信号等事件
    • 注册事件优先级
安装 Memcached
[root@memcache1 ~]# tar zxvf memcached-1.5.1.tar.gz 
[root@memcache1 ~]# cd memcached-1.5.1
[root@memcache1 memcached-1.5.1]# ./configure \
--prefix=/usr/local/memcached \
--with-libevent=/usr/local/libevent

[root@memcache1 memcached-1.5.1]# make && make install
设置 Memcached 服务脚本
[root@memcache1 ~]# vim /usr/local/memcached/memcached_service.sh
#!/bin/bash 
CMD="/usr/local/memcached/bin/memcached" 
start(){ 
  $CMD -d -m 128 -u root
}
stop(){ 
  killall memcached;
}

ACTION=$1
  case $ACTION in
  'start')
     start;;
  'stop')
     stop;;
'restart')
     stop
     sleep 2
     start;;
*) 
     echo 'Usage:{start|stop|restart}' 
esac 

[root@memcache1 ~]# yum -y install psmisc        //psmisc提供了killall命令

[root@memcache1 ~]# chmod 755 /usr/local/memcached/memcached_service.sh
[root@memcache1 ~]# /usr/local/memcached/memcached_service.sh start
[root@memcache1 ~]# netstat -anpt | grep memcached
tcp        0      0 0.0.0.0:11211           0.0.0.0:*               LISTEN      20564/memcached     
tcp6       0      0 :::11211                :::*                   LISTEN      20564/memcached  

(3)Memcached API 客户端

下载之前需要LAMP集群
//事先设置好仓库源
yum -y install httpd mariadb mariadb-server php php-devel php-mysql(apache和php的环境)

systemctl start mariadb
mysqladmin -u root password 'pwd123'
systemctl start httpd

cat <<EOF>/var/www/html/test1.php
<?php
phpinfo();
?>
EOF
编译安装 Libmemcached
[root@memcached-api ~]# systemctl stop firewalld
[root@memcached-api ~]# setenforce 0

[root@memcached-api ~]# yum -y install gcc*
[root@memcached-api ~]# tar zxvf libmemcached-1.0.18.tar.gz 
[root@memcached-api ~]# cd libmemcached-1.0.18

[root@memcached-api libmemcached-1.0.18]# ./configure --prefix=/usr/local/libmemcached --with-memcached=/usr/local/memcached

[root@memcached-api libmemcached-1.0.18]# make && make install

//libmemcached 是一个 memcached 的库,客户端库,C 和 C++ 语言实现的客户端库,具有低内存占用率、线程安全、并提供对memcached功能的全面支持
编译安装 Memcached 扩展
[root@memcached-api ~]# systemctl stop firewalld
[root@memcached-api ~]# setenforce 0

[root@memcached-api ~]# yum -y install gcc*
[root@memcached-api ~]# tar zxvf libmemcached-1.0.18.tar.gz 
[root@memcached-api ~]# cd libmemcached-1.0.18

[root@memcached-api libmemcached-1.0.18]# ./configure --prefix=/usr/local/libmemcached --with-memcached=/usr/local/memcached

[root@memcached-api libmemcached-1.0.18]# make && make install

//libmemcached 是一个 memcached 的库,客户端库,C 和 C++ 语言实现的客户端库,具有低内存占用率、线程安全、并提供对memcached功能的全面支持
(2)如果lamp是用yum安装的,使用如下方法
如果是用yum安装的lamp环境,使用如下方法安装 Memcached 扩展
[root@memcached-api ~]# yum -y install zlib zlib-devel
[root@memcached-api ~]# tar -xzvf memcached-2.2.0.tgz 
[root@memcached-api ~]# cd memcached-2.2.0/
[root@memcached-api memcached-2.2.0]# /usr/bin/phpize
[root@memcached-api memcached-2.2.0]# ./configure --with-php-config=/usr/bin/php-config 
--with-libmemcached-dir=/usr/local/libmemcached --disable-memcached-sasl --with-zlib-dir    

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# make && make install

SASL全称Simple Authentication and Security Layer,是一种用来扩充C/S模式验证能力的机制

配置 PHP 添加 Memcached 组件
//添加Memcached
[root@memcached-api ~]# cd /usr/local/php5/ 
[root@memcached-api php5]# vim php.ini 
extension_dir = "/usr/local/php5/lib/php/extensions/no-debug-zts-20121212/" 
extension=memcached.so 

//如果使用的yum安装的php,
[root@memcache2 ~]# vim /etc/php.ini    
去掉extension_dir=" "
只添加extension=memcached.so

[root@memcached-api php5]# systemctl restart httpd

通过 PHPinfo 查看是否已经添加 Memcached 扩展模块;使用浏览器进行访问
测试 Memcached-API 功能
[root@memcached-api ~]# vim /usr/local/httpd/htdocs/test2.php

<?php 
$memcache = new Memcached(); 
$memcache->addServer('192.168.10.101', 11211); 
$memcache->set('key', 'Memcache test successful!', 0, 60); 
$result = $memcache->get('key'); 
unset($memcache); 
echo $result; 
?> 

//如果是用yum安装的lamp,此文件所在的目录在/var/www/html
Memcached 数据库操作与管理
[root@memcache1 ~]# yum -y install telnet
[root@memcache1 ~]# telnet 127.0.0.1 11211

1:添加一条键值数据
add username 0 0 8 
zhangsan 
STORED

备注:
表示键值名为 username,
标记位表示自定义信息为 0,
过期时间为 0(永不过期,单位为秒)
字节数为 8;
 zhangsan 为值,这里需要注意输入长度为8 字节,与设定值符合
 
 2:查询键值数据
get username 
VALUE username 0 8 
zhangsan 
END 
gets username 
VALUE username 0 8 2 
zhangsan 
END 

备注:
get 后跟键名。如果检查最近是否更新,可以使用 gets,最后一位显示的是更新因子,每更新一次更新因子数会加一

3:更新一条键值数据
set username 0 0 4 
lisi 
STORED 
get username 
VALUE username 0 4 
everything 
END 

gets username
VALUE username 0 4 4
lisi
END

4:清除一条缓存数据
delete username 
DELETED 
get username 
END

5:检查后更新 check and set
add username 0 0 8
zhangsan
STORED


gets username 
VALUE username 0 8 7 
zhangsan 
END 

cas username 0 0 8 1         ##注意,因为更新因子和gets得到的不一致,这个语句的更新会失败
lodging 
EXISTS 

cas username 0 0 8 7 
zhangsai 
STORED 
gets username 
VALUE username 0 7 8 
lodging 
END 

备注:
cas命令的最后一个数字是更新因子,如果gets获取到的更新因子和cas命令提供的更新因子一致,则更新改数据,否则不会更新,会提示exists

cas命令的第三个数字是要更新的数据的字节数,和接下来输入进去的字符串的字节数要一致,否则会报错

6:追加数据
append username 0 0 8 //后追加 8 字节 
zhangsan 
STORED 
get username 
VALUE username 0 14 
lodgingzhangsan 
END 

7:清除所有缓存数据
flush_all 
OK

8:查看服务器统计信息
stats 
stats items      //返回所有键值对统计信息
stats cachedump 1 0    //返回指定存储空间的键值对 
stats slabs     //显示各个 slab 的信息,包括 chunk 的大小、数目、使用情况等 
stats sizes     //输出所有 item 的大小和个数 
stats reset     //清空统计数据

9:退出
quit

案例二:Memcached 实现主主复制和高可用的方式

Memcached 主主复制架构

(1)安装带有复制功能的 Memcached
(此步骤在两台memcache服务器上都执行)
(1):安装 Libevent
[root@memcache1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@memcache1 ~]# setenforce 0

[root@memcache1 ~]# yum -y install gcc* psmisc
[root@memcache1 ~]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz 
[root@memcache1 ~]# cd libevent-2.1.8-stable
[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr/local/libevent
[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# make && make install

(2)安装memcached-1.2.8-repcached
[root@memcache1 ~]# tar zxvf memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz 
[root@memcache1 ~]# cd memcached-1.2.8-repcached-2.2
[root@Memcached1 memcached-1.2.8-repcached-2.2]# ./configure \
--prefix=/usr/local/memcached_replication \
--enable-replication \
--with-libevent=/usr/local/libevent

[root@memcache1 memcached-1.2.8-repcached-2.2]# vim memcached.c
#找到如下几行(在55行--60行):
/* FreeBSD 4.x doesn't have IOV_MAX exposed. */
#ifndef IOV_MAX
#if defined(__FreeBSD__) || defined(__APPLE__)    //删除
# define IOV_MAX 1024
#endif        //删除
#endif
[root@memcache1 memcached-1.2.8-repcached-2.2]# make && make install
(2)安装带有复制功能的 Memcached
//在memcache1上启动
[root@memcache1 ~]# ln -s /usr/local/libevent/lib/libevent-2.1.so.6 /usr/lib64/
[root@Memcached1 ~]# /usr/local/memcached_replication/bin/memcached -d -u root -m 128 -x 192.168.10.102
注意:
启动时要指向对端
-d:守护进程方式启动
-u:指定用户
-x:指定对端服务器的地址
-m:最大的内存使用单位是MB 默认是64MB
//在memcache2上启动
[root@memcache1 ~]# ln -s /usr/local/libevent/lib/libevent-2.1.so.6 /usr/lib64/
[root@Memcached1 ~]# /usr/local/memcached_replication/bin/memcached -d -u root -m 128 -x 192.168.10.101
  • -x 对方IP
  • -p 监听的TCP端口(默认: 11211)

  • -U UDP监听端口 (默认: 11211, 0 时关闭)

  • -d 以守护进程方式运行

  • -u 运行运行 Memcached的账户 非root用户

  • -m 最大的内存使用单位是MB 默认是64MB

  • -c 软连接数量默认是1024

  • -v 输出警告和错误信息

  • -vv 打印客户端的请求和返回信息

  • -h 打印帮助信息

  • -i 打印memcached和libevent的版权信息

  • -l 绑定地址 (默认:所有都允许,无论内外网或者本机更换IP,有安全隐患,若设置为127.0.0.1就只能本机访问)

  • -P 将PID写入文件,这样可以使得后边进行快速进程终止, 需要与 -d 一起使用

    //在两台服务器上检查进程
    [root@memcache1 ~]# netstat -antp |grep memcached
    tcp 0 0 0.0.0.0:11211 0.0.0.0:* LISTEN 52646memcached
    tcp 0 0 192.168.10.101:11212 192.168.10.102:38298 ESTABLISHED 52646memcached
    tcp6 0 0 :::11211 :::* LISTEN 52646memcached

    [root@memcache2 ~]# netstat -antp |grep memcached
    tcp 0 0 0.0.0.0:11211 0.0.0.0:* LISTEN 29976memcached
    tcp 0 0 192.168.10.102:38298 192.168.10.101:11212 ESTABLISHED 29976memcached
    tcp6 0 0 :::11211 :::* LISTEN 29976memcached

(3)使用 telnet 进行简单验证复制功能
//在memcache1上启动
[root@memcache1 ~]# ln -s /usr/local/libevent/lib/libevent-2.1.so.6 /usr/lib64/
[root@Memcached1 ~]# /usr/local/memcached_

Memcached 主主复制+Keepalived 高可用架构

(1)安装配置 keepalived(两台主机都安装)
(1)配置主 keepalived
[root@memcache1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 
router_id LVS_01    //修改,从修改LVS_02

vrrp_script check_down {     ##定义要执行的脚本
script "/etc/keepalived/memcached.sh"        ##脚本路径和名称
interval 1        ##间隔1秒执行一次
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP      ##master角色不能设置nopreempt,所以此处要设置为BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100    ##从主机的优先级要小于此数字,从修改90
    advert_int 1
    nopreempt        ##添加,此语句关闭了抢占功能,从主机不需要
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
}

track_script {        ##调用前面的脚本
 check_down
}
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