高性能内存对象缓存Memcached原理与部署

Memcached概述

Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统,用于动态Web应用以减轻数据库负载。它通过在内存中缓存数据和对象,减少对数据库的访问,从而提高Web应用的响应速度。

原理

架构

Memcached采用的是一种简单的Key-Value存储系统,主要由以下几个部分组成:

  1. 客户端:负责向Memcached服务器发送存储和获取数据的请求。
  2. 服务器:负责接收客户端的请求,进行数据存储和管理。
  3. 存储管理:在服务器内存中存储数据,并通过LRU(Least Recently Used,最近最少使用)算法管理缓存数据。
  4. 网络通信:基于TCP/IP协议进行通信。

工作流程

  1. 数据存储

    • 客户端发送存储请求,包含Key和Value。
    • 服务器接收到请求后,将数据存储在内存中,并根据LRU策略管理缓存数据。
    • 服务器返回存储成功的响应。
  2. 数据获取

    • 客户端发送获取请求,包含Key。
    • 服务器接收到请求后,根据Key查找对应的Value。
    • 如果找到对应的Value,服务器返回数据;如果没有找到,返回空。
  3. 缓存失效

    • 当内存空间不足时,Memcached会根据LRU算法移除最久未使用的数据。
    • 客户端可以设置数据的过期时间,过期数据会自动失效并被移除。

部署

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

1: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

备注:

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,主要有以下几个亮点: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。

Libevent 已经被广泛的应用,作为底层的网络库;比如 memcached、 Vomit、 Nylon、 Netchat等等。

2: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

3: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

备注:

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

Memcached API 客户端

注意:

客户端需要有apache**和php的环境,如果有之前做的LAMP的快照,可以使用这个快照**

(如果已经有此环境,**安装apache和安装php可以省略)**

设置好阿里yum**源**

yum -y install httpd mariadb mariadb-server php php-devel php-mysql

systemctl start mariadb

mysqladmin -u root password 'pwd123'

systemctl start httpd

cat <<EOF>/var/www/html/test1.php

<?php

phpinfo();

?>

EOF

1: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

备注:

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:编译安装 Memcached 扩展

(1)如果lamp是用源码包安装的,使用如下方法

[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/local/php5/bin/phpize

备注:

此命令可以在**memcached-2.2.0下生成memcached的配置脚本**

phpize**命令需要autoconf包的支持** :**yum -y install autoconf**

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# cp -r /usr/local/php5/include/php/ext/ ./

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# *./configure *

*--enable-memcached *

*--with-php-config=/usr/local/php5/bin/php-config *

*--with-libmemcached-dir=/usr/local/libmemcached *

--disable-memcached-sasl

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

[root@memcached-api memcached-2.2.0]# make test

注意:

最后会提示发送邮件报告,可以选否(**n)**

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

(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

备注:

  1. 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。简单来说SASL是一个胶合(glue)库,通过这个库把应用层与形式多样的认证系统整合在一起。这有点类似于 PAM,但是后者是认证方式,决定什么人可以访问什么服务,而SASL是认证过程,侧重于信任建立过程,这个过程可以调用PAM来建立信任关系。在这里Memcached就是上面提到的应用层,具体的认证交给SASL库,SASL会根据相应的认证机制来完成验证功能。

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

备注:

如果安装的是php7的版本,会报错:php_smart_str.h: No such file or directory

3:配置 PHP 添加 Memcached 组件

(1)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

备注:

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

(2)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

4: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;

?>

备注:

如果是用yum安装的lamp,此文件所在的目录在/var/www/html

访问测试:http://192.168.10.103/test2.php

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

Memcached 的复制功能支持多个 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。

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)

# 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

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

2:启动Memcached 服务

(1)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

(2)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

备注:

-x 对方IP

-p <num> 监听的TCP端口(默认: 11211) -U <num> UDP监听端口 (默认: 11211, 0 时关闭) -d 以守护进程方式运行 -u <username> 运行运行 Memcached的账户 非root用户 -m <num> 最大的内存使用单位是MB 默认是64MB -c <num> 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 <ip_addr> 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 <file> 将PID写入文件<file>,这样可以使得后边进行快速进程终止, 需要与 -d 一起使用

(3)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

(1)在 Memcached1 上插入一条具有特点的键值

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

[root@memcache1 ~]# telnet 192.168.10.102 11211

set username 0 0 8 #自定义信息+永不过期+8个字节

12345678

STORED

get username

VALUE username 0 8

12345678

END

quit

(2)在 Memcached2 上进行查看刚刚插入的键值

[root@memcache2 ~]# yum -y install telnet

[root@memcache2 ~]# telnet 192.168.10.102 11211

get username

VALUE username 0 8

12345678

END

gets username

VALUE username 0 8 1 #1代表更新因子,

12345678

END

cas username 0 0 8 1 #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)

zhangsan

STORED

(3)在 Memcached1 上查看复制的情况

[root@localhost ~]# telnet 192.168.10.101 11211

Trying 192.168.10.101...

Connected to 192.168.10.101.

Escape character is '^]'.

get username

VALUE username 0 8

zhangsan

END

Memcached 主主复制+Keepalived 高可用架构

1:安装配置 keepalived(两台主机都安装)

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

(1)配置主 keepalived

[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

}

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

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

}

}

备注:

vrrp_strict:严格遵守VRRP协议,禁止以下状况:1.无VIP地址 2.配置了单播邻居 3.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

[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

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

(2)配置从keepalived

[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

}

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

interface ens33

virtual_router_id 51

priority 99 ##从主机的优先级要小于此数字

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.10.100

}

track_script { ##调用前面的脚本

check_down

}

}

[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

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

备注:

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

2:测试验证

(1)在两台服务器上启动keepalived

[root@Memcached1 ~]# systemctl start keepalived

[root@memcached2 ~]# systemctl start keepalived

(2)在客户端修改缓存服务器地址

[root@memcached-api ~]# vim /usr/local/httpd/htdocs/test3.php

<?php

$memcache = new Memcached();

$memcache->addServer('192.168.10.100', 11211);

$memcache->set('key', 'Memcache test successful!', 0, 60);

result = memcache->get('key');

unset($memcache);

echo $result;

?>

注意:

如果是yum安装的httpd,次此文件在/var/www/html目录下

(3)浏览器访问测试

备注:

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。

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