小阿轩yx-高性能内存对象缓存

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作者
筋斗云
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小阿轩yx-高性能内存对象缓存

案例分析

案例概述

Memcached
  • 是一款开源的高性能分布式内存对象缓存系统
  • 用于很多网站提高访问速度，尤其是需要频繁访问数据的大型网站
  • 是典型的 C/S 架构，需要构建 Memcached 服务器端与 Memcached API 客户端
  • 用 C 语言编写的，Memcached API 客户端可用任何语言来编写（如 PHP、Python、Perl等）

案例前置知识点

数据存储方式与数据过期方式
Memcached
  • 具有独特的数据存储方式和数据过期方式

数据存储方式：Slab Allocation

  • 按组分配内存

数据过期方的两种方式

  • LRU
  • Laxzy Expiration

LRU

  • 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
  • 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

Laxzy Expiration

  • 即懒惰过期，指使用 get 时查看记录时间，从而检查记录是否已经过期
Memcached 缓存机制
  • 缓存是常驻在内存的数据，能够快速进行读取
  • 是一款非常出色的缓存软件

Memcached 分布式
  • 部署主要依赖于 Memcached 的客户端来实现
  • 多个 Memcached 服务器是独立的
  • 数据如何存储是由路由器算法所决定

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
  • 不适合在动态变化环境中，比如大量机器添加或删除，会导致大量的对象存储位置失效

一致性 hash 算法

  • 适合在动态变化的环境中使用

原理

  • 按照 hash 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离自己最近的机器中

案例环境

  • 使用三台 CentOS 7.9 系统完成
  • 两台是 Memcached 服务器，另一台是基于 LAMP 架构进行 Memcached 扩展的 Memcached API 客户端
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

案例拓扑

案例需求

  • 安装部署 Memcached 服务
  • 安装 Memcached API 客户端
  • 实现 Memcached 主主复制+高可用

案例实现思路

  • 首先安装 Memcached 服务器 及Memcached APl客户端
  • 利用 Keepalived 构建 Memcached 高可用服务器架构
  • 测试并验证 Keepalived 高可用所带来的稳定性

案例一

单 memcached 节点缓存系统

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
安装 Memcached 服务器

修改两台主机名

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname memcache1 [root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname memcache2 [root@localhost ~]# bash

首先关闭防火墙、内核机制

[root@memcache1 ~]# systemctl stop firewalld [root@memcache1 ~]# setenforce 0
安装 Libevent

上传 libevent 包至服务器

解压

[root@memcache1 ~]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz

进入 libevent 

[root@memcache1 ~]# cd libevent-2.1.8-stable

安装 gcc* 环境

[root@memcache1 libevent ~]# yum -y install gcc*

 配置路径前缀

[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr/local/libevent

make install 执行

[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# make && make install

Libevent

  • 是用 C 语言编写
  • 轻量级
  • 开源高性能事件通知库
  • 已经被广泛应用。作为底层的网络库（如：memcached、Vomit、Nylon、Netchat等）

亮点

  • 事件驱动
  • 高性能
  • 轻量级
  • 专注于网络
  • 没有 ACE 那么臃肿庞大
  • 源代码相当精炼、易读
  • 跨平台
  • 支持 Windows、Linux、*BSD、Mac Os
  • 支持多种 I/O 多路复用技术（epoll、poll、dev/poll、select、kqueue等）
  • 支持 I/O 
  • 定时器和信号事件
  • 注册事件优先级
安装 Memcached

上传 memcached-1.5.1.tar.gz 至服务器

解压

[root@memcache1 ~]# tar zxvf memcached-1.5.1.tar.gz

进入

[root@memcache1 ~]# cd memcached-1.5.1

配置路径

[root@memcache1 memcached-1.5.1]# ./configure --prefix=/usr/local/memcached --with-libevent=/usr/local/libevent  //退出 [root@memcache1 memcached-1.5.1]# cd

上传 memcached.service 脚本至服务器

下载 psmisc

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

 添加执行权

[root@memcache1 ~]# chmod +x memcached_service.sh

启动服务

[root@memcache1 ~]# ./memcached_service.sh start

查看进程

[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

Memcached API 客户端

先安装 gcc*

[root@memcached-api]# yum -y install gcc*

设置好 yum 源

[root@memcached-api ~]# rm -rf /etc/yum.repos.d/* curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo ftp://192.168.2.149/repo/CentOS-Base.repo curl -o /etc/yum.repos.d/epel.repo ftp://192.168.2.149/repo/epel.repo [root@memcached-api ~]# yum clean all

安装 httpd、php

[root@memcached-api ~]# yum -y install httpd mariadb mariadb-server php php-devel php-mysql

启动服务

[root@memcached-api ~]# systemctl start mariadb

数据库设置密码

[root@memcached-api ~]# mysqladmin -uroot password 'pwd123'

启动 httpd

[root@memcached-api ~]# systemctl start httpd

关闭防火墙、内核机制

[root@memcached-api ~]# systemctl stop firewalld [root@memcached-api ~]# setenforce 0

切换目录

[root@memcached-api ~]# cd /var/www/html

编写测试文件

[root@memcache-api html]# vim test1.php <?php phpinfo(); ?>

浏览器访问 192.168.10.103/test1.php

退出当前目录

上传 libmemcached-1.0.18.tar.gz 至服务器

解压

[root@memcached-api ~]# tar zxvf libmemcached-1.0.18.tar.gz

进入

[root@memcached-api ~]# cd libmemcached-1.0.18

配置安装路径

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

make install 执行

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

退出当前目录

上传 memcached-2.2.0.tgz 至服务器

解压

[root@memcached-api ~]# tar zxvf memcached-2.2.0.tgz

进入

[root@memcached-api ~]# cd memcached-2.2.0

利用 phpize 生产脚本

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# phpize

安装 zlib

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# yum -y install zlib

指定配置脚本位置

[root@memcached-api memcached-2.2.0]#./configure --with-php-config=/usr/bin/php-config --with-libmemcached-dir=/usr/local/libmemcached/ --disable-memcachedsasl --with-zlib-dir

make install 执行

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

退出当前目录

修改配置文件

[root@memcached-api ~]# vim /etc/php.ini //添加下面内容 extension=memcached.so

重启 httpd

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

浏览器刷新网站查看

切换目录

[root@memcached-api ~]# cd /var/www/html/

上传 test2.php代码至服务器

 刷新网站测试

Memcached 数据库操作与管理

安装 telnet 软件包

[root@memcachel ~]# yum -y install telnet

连接

[root@memcachel ~]# telnet 127.0.0.1 11211 Trying 127.0.0.1... Connected to 127.0.0.1. Escape character is '^]'. get key VALUE key 3932160 25 Memcache test successful! END quit
root@memcachel ~]# telnet 127.0.0.1 11211 //添加一条键值数据 add username 0 0 8 zhangsan STORED

  • 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

//查询键值数据 get username  VALUE username 0 8  zhangsan  END  gets username  VALUE username 0 8 2  zhangsan  END

  • 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

//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
//清除一条缓存数据 delete username  DELETED  get username  END
//检查后更新 check and set add username 0 0 8 zhangsan STORED   gets username  VALUE username 0 8 7  zhangsan  END   //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 cas username 0 0 8 1 lodging  EXISTS   cas username 0 0 8 7  zhangsai  STORED  gets username  VALUE username 0 7 8  lodging  END

  • 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

//追加数据 //后追加 8 字节  append username 0 0 8 zhangsan  STORED  get username  VALUE username 0 14  lodgingzhangsan  END
//清除所有缓存数据 flush_all  OK
//查看服务器统计信息 stats  //返回所有键值对统计信息 stats items //返回指定存储空间的键值对  stats cachedump 1 0 //显示各个 slab 的信息，包括 chunk 的大小、数目、使用情况等  stats slabs //输出所有 item 的大小和个数  stats sizes //清空统计数据 stats reset
//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

  • 支持多个 Memcached 之间相互复制（双向复制，主备都是可读可写的）

  • 可以解决 Memcached 的容灾问题

（此步骤在两台memcache服务器上都执行）

  • 192.168.10.101
  • 192.168.10.102

修改主机名

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname memcache1 [root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname memcache2 [root@localhost ~]# bash

这里开启会话同步

首先关闭防火墙、内核机制

[root@memcache1 ~]# systemctl stop firewalld [root@memcache1 ~]# setenforce 0

安装 gcc* 环境

[root@memcache1 ~]# yum -y install gcc*

上传 libevent-2.1.8-stable.tar.gz 至服务器

解压

[root@memcache1 ~]# tar zxvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz

进入

[root@memcache1 ~]# cd libevent-2.1.8-stable

配置文件路径

[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# ./configure --prefix=/usr/local/libevent

make install 执行

[root@memcache1 libevent-2.1.8-stable]# make && make install

上传 memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz

解压

[root@memcache1 ~]# tar zxvf memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz

进入

[root@memcache1 ~]# cd memcached-1.2.8-repcached-2.2

配置文件路径

[root@Memcached1 memcached-1.2.8-repcached-2.2]# ./configure --prefix=/usr/local/memcached_replication --enable-replication --with-libevent=/usr/local/libevent

修改源代码配置文件

[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__) # define IOV_MAX 1024 #endif #endif  //修改成如下所示：（删掉上面红色的两行） /* FreeBSD 4.x doesn't have IOV_MAX exposed. */ #ifndef IOV_MAX # define IOV_MAX 1024 #endif

make install 执行

[root@memcache1 memcached-1.2.8-repcached-2.2]# make && make install

函数路径链接

[root@memcache1 ~]# ln -s /usr/local/libevent/lib/libevent-2.1.so.6 /usr/lib64/

这里取消会话同步

启动服务

[root@Memcached1 ~]# /usr/local/memcached_replication/bin/memcached -d -u root -m 128 -x 192.168.10.101

两台服务器查看进程

[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

使用 telnet 进行简单验证复制功能

安装 telnet

[root@memcache1 ~]# yum -y install telnet

在 Memcached1 上插入一条具有特点的键值

[root@memcache1 ~]# telnet 192.168.10.102 11211 //自定义信息+永不过期+8个字节 set username 0 0 8 12345678 STORED get username VALUE username 0 8 12345678 END quit

在 Memcached2 上进行查看刚刚插入的键值

安装 telnet

[root@memcache1 ~]# yum -y install telnet
[root@memcache2 ~]# telnet 192.168.10.102 11211 get username VALUE username 0 8 12345678 END gets username //1代表更新因子 VALUE username 0 8 1 12345678 END //自定义信息+永不过期+8个字节+更新因子（要与gets得到的一致） cas username 0 0 8 1 zhangsan STORED

这里同步会话

Memcached 主主复制+Keepalived 高可用架构

安装配置 keepalived（两台主机都安装）

[root@memcache1 ~]# yum -y install keepalived

修改主 keepalived 配置文件

[root@memcache1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf  ! Configuration File for keepalived  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 LVS_01    vrrp_skip_check_adv_addr    #vrrp_strict    vrrp_garp_interval 0    vrrp_gna_interval 0 }  //定义要执行的脚本 vrrp_script check_down { //脚本路径和名称 script "/etc/keepalived/memcached.sh" //间隔1秒执行一次 interval 1 }   vrrp_instance VI_1 {     //master角色不能设置nopreempt，所以此处要设置为BACKUP     state BACKUP     interface ens33     virtual_router_id 51     //从主机的优先级要小于此数字     priority 100 advert_int 1 //添加，此语句关闭了抢占功能，从主机不需要 nopreempt     authentication {         auth_type PASS         auth_pass 1111     }     virtual_ipaddress {         192.168.10.100 }  //调用前面的脚本 track_script {  check_down } }

vrrp_strict：严格遵守VRRP协议,禁止以下状况

  • 无VIP地址

  • 配置了单播邻居

  • 在VRRP版本2中有IPv6地址，开启动此项会自动开启iptables防火墙规则，建议关闭此项配置

编写脚本文件

[root@memcached1 keepalived]# vim /etc/keepalived/memcached.sh #!/bin/bash if [ $(ps -C memcached --no-header | wc -l) -eq 0 ]; then        systemctl stop keepalived fi

添加执行权限

[root@memcached1 keepalived]# chmod +x /etc/keepalived/memcached.sh

配置从 keepalived 文件

[root@memcache2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf ! Configuration File for keepalived  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 LVS_02    vrrp_skip_check_adv_addr    #vrrp_strict    vrrp_garp_interval 0    vrrp_gna_interval 0 }  //定义要执行的脚本 vrrp_script check_down { //脚本路径和名称 script "/etc/keepalived/memcached.sh" //间隔1秒执行一次 interval 1 }   vrrp_instance VI_1 {     state BACKUP           interface ens33     virtual_router_id 51     //从主机的优先级要小于此数字     priority 99 advert_int 1     authentication {         auth_type PASS         auth_pass 1111     }     virtual_ipaddress {         192.168.10.100 }  //调用前面的脚本 track_script {  check_down } }

编写脚本文件

[root@memcached2 keepalived]# vim /etc/keepalived/memcached.sh #!/bin/bash if [ $(ps -C memcached --no-header | wc -l) -eq 0 ]; then        systemctl stop keepalived fi

添加执行权限

[root@memcached2 keepalived]# chmod +x /etc/keepalived/memcached.sh

vrrp_strict ＃严格遵守VRRP协vim议

这将禁止VIPs unicast peers (虚拟IP单播对等体)，这样会使得这个VIP无法进行单播通信

两台服务器关闭 NetworkManager

[root@memcachel keepalived]# systemctl stop NetworkManager

测试验证

两台服务器上启动 keepalived

[root@Memcached1 ~]# systemctl start keepalived
[root@memcached2 ~]# systemctl start keepalived

主服务器查看 VIP

[root@memcachel keepalived]# ip a 2:ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER UP> mtu 1500 gdisc pfifo fast stateoup default glen 1000     inet 192.168.10.100/32 scope global ens33

在客户端修改缓存服务器地址

切换目录

[root@memcached-api ~]# cd /var/www/html
[root@memcached-api html]# vim /usr/local/httpd/htdocs/test2.php <?php  $memcache = new Memcached();  $memcache->addServer('192.168.10.100', 11211);  $memcache->set('key', 'Memcache test01 successful!', 0, 60);  $result = $memcache->get('key');  unset($memcache);  echo $result;  ?>

浏览器刷新测试

pkill memcached

检查当前主机的memceched进程和keepalived进程

关闭memcached后，该主机的keepalived也会被脚本关闭，于是VIP就漂移到了另一台主机，待此主机修好后，把memcached和keepalived开启，由于设置了不抢占，VIP不会抢占回来，但是把第二台主机的memcached关闭后，第二台主机的keepalived也会关闭，于是VIP就漂移回了第一台主机。完成故障的转移

小阿轩yx-高性能内存对象缓存

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