memcached 内存管理 分析(转)

Memcached是一个高效的分布式内存cache，了解memcached的内存管理机制，便于我们理解memcached，让我们可以针对我们数据特点进行调优，让其更好的为我所用。这里简单谈一下我对memcached的内存管理的一些认识，在没有特别注明的情况下，这里谈到的memcached是1.2版本，1.1和1.2版本有一些差异。

 

 

基本概念：Slab和chunk

 

 

在Memcached内存结构中有两个非常重要的概念：slab 和 chunk，我们先从下图中对这两个概念有一个感性的认识：

图 1 memcached内存结构

 

 

 

Slab是一个内存块，它是memcached一次申请内存的最小单位。在启动memcached的时候一般会使用参数-m指定其可用内存，但是并不是在启动的那一刻所有的内存就全部分配出去了，只有在需要的时候才会去申请，而且每次申请一定是一个slab。Slab的大小固定为1M（1048576 Byte），一个slab由若干个大小相等的chunk组成。每个chunk中都保存了一个item结构体、一对key和value。

虽然在同一个slab中chunk的大小相等的，但是在不同的slab中chunk的大小并不一定相等，在memcached中按照chunk的大小不同，可以把slab分为很多种类（class）。在启动memcached的时候可以通过-vv来查看slab的种类：

$ memcached -vv
slab class 1: chunk size 80 perslab 13107
slab class 2: chunk size 104 perslab 10082
slab class 3: chunk size 136 perslab 7710
slab class 4: chunk size 176 perslab 5957
slab class 5: chunk size 224 perslab 4681
slab class 6: chunk size 280 perslab 3744
slab class 7: chunk size 352 perslab 2978
slab class 8: chunk size 440 perslab 2383
slab class 9: chunk size 552 perslab 1899
slab class 10: chunk size 696 perslab 1506
slab class 11: chunk size 872 perslab 1202
slab class 12: chunk size 1096 perslab 956
slab class 13: chunk size 1376 perslab 762
slab class 14: chunk size 1720 perslab 609
slab class 15: chunk size 2152 perslab 487
slab class 16: chunk size 2696 perslab 388
slab class 17: chunk size 3376 perslab 310
slab class 18: chunk size 4224 perslab 248
slab class 19: chunk size 5280 perslab 198
slab class 20: chunk size 6600 perslab 158
slab class 21: chunk size 8256 perslab 127
slab class 22: chunk size 10320 perslab 101
slab class 23: chunk size 12904 perslab 81
slab class 24: chunk size 16136 perslab 64
slab class 25: chunk size 20176 perslab 51
slab class 26: chunk size 25224 perslab 41
slab class 27: chunk size 31536 perslab 33
slab class 28: chunk size 39424 perslab 26
slab class 29: chunk size 49280 perslab 21
slab class 30: chunk size 61600 perslab 17
slab class 31: chunk size 77000 perslab 13
slab class 32: chunk size 96256 perslab 10
slab class 33: chunk size 120320 perslab 8
slab class 34: chunk size 150400 perslab 6
slab class 35: chunk size 188000 perslab 5
slab class 36: chunk size 235000 perslab 4
slab class 37: chunk size 293752 perslab 3
slab class 38: chunk size 367192 perslab 2
slab class 39: chunk size 458992 perslab 2
slab class 40: chunk size 573744 perslab 1
slab class 41: chunk size 717184 perslab 1
slab class 42: chunk size 1048576 perslab 1

图2 slab分组信息

从上图可以看到，默认情况下memcached把slab分为40类（class1～class40），在class 1中，chunk的大小为80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13107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。

 

内存申请分配

 

Memcached内存管理采取预分配、分组管理的方式，分组管理就是我们上面提到的slab class，按照chunk的大小slab被分为很多种类。下面解释一下memcached的内存预分配过程。

向memcached添加一个item时候，memcached首先会根据item的大小，来选择最合适的slab class：例如item的大小为190字节，默认情况下class 4的chunk大小为160字节显然不合适，class 5的chunk大小为200字节，大于190字节，因此该item将放在class 5中（显然这里会有10字节的浪费是不可避免的），计算好所要放入的chunk之后，memcached会去检查该类大小的chunk还有没有空闲的，如果没有，将会申请1M（1个slab）的空间并划分为该种类chunk。例如我们第一次向memcached中放入一个190字节的item时，memcached会产生一个slab class 2（也叫一个page），并会用去一个chunk，剩余5241个chunk供下次有适合大小item时使用，当我们用完这所有的5242个chunk之后，下次再有一个在160～200字节之间的item添加进来时，memcached会再次产生一个class 5的slab（这样就存在了2个pages）。查看slab的使用情况，我们可以telnet ip port，然后输入命令 stats slabs即可：

例如：telnet 10.0.4.210 11211

 

stats slabs

         STAT 5:chunk_size 200

         STAT 5:chunks_per_page 5242

         STAT 5:total_pages 1

         STAT 5:total_chunks 5242

         STAT 5:used_chunks 5242

         STAT 5:free_chunks 0

         STAT 5:free_chunks_end 5241

         STAT active_slabs 1

         STAT total_malloced 1048400

 

图3 stats slab

图3显示的是第一次放入一个190字节的item之后的统计结果。

 

总结：

我理解的是

就是memcached 在一开始启动的时候m参数是制定分配多大的内存。不是启动就分配的。。而是memcached使用的时候动态的分配的。当你set 一个item的时候，memcached 会根据你的这个item大小来判断 新增出一块 slab   每一块的slab的大小都是一样的。而是不同的class 类的slab 再分配 chunk时 是不一样的。。。这点就可以去优化你的memcached 根据你的应用  

用  echo stats sizes | nc 127.0.0.1 11211 | less   查看内存多数的item 的大小 分布。。然后分配 不同类的slab  这个事可以调节的。。

 

可以看看这个   http://blog.sina.com.cn/s/blog_6ab686dc01010169.html

关于memcached 分配内存的时候，网上还有很多写的挺好的。