memcached企业面试题

面试题如下：

1、Memcached是什么，有什么作用？
Memcached是一个开源的，高性能的内存绶存软件，从名称上看Mem就是内存的意思，而Cache就是缓存的意思。

Memcached的作用：通过在事先规划好的内存空间中临时绶存数据库中的各类数据，以达到减少业务对数据库的直接高并发访问，从而达到提升数据库的访问性能，加速网站集群动态应用服务的能力。

2、Memcached服务在企业集群架构中应用场景

一、作为数据库的前端缓存应用
a、完整缓存（易），静态缓存
例如：商品分类（京东），以及商品信息，可事先放在内存里，然后再对外提供数据访问，这种先放到内存，我们称之为预热，（先把数据存缓存中），用户访问时可以只读取memcached缓存，不读取数据库了。
b、执点缓存（难）
需要前端web程序配合，只缓存热点的数据，即缓存经常被访问的数据。
先预热数据库里的基础数据，然后在动态更新，选读取缓存，如果缓存里没有对应的数据，程序再去读取数据库，然后程序把读取的新数据放入缓存存储。

特殊说明 ：

1、如果碰到电商秒杀等高并发的业务，一定要事先预热，或者其它思想实现，例如：称杀只是获取资格，而不是瞬间秒杀到手商品。
那么什么是获取资格？

就是在数据库中，把0标成1.就有资格啦。再慢慢的去领取商品订单。因为秒杀过程太长会占用服务器资源。

2、如果数据更新，同时触发缓存更新，防止给用户过期数据。

c、对于持久化缓存存储系统，例如：redis，可以替代一部分数据库的存储，一些简单的数据业务，投票，统计，好友关注，商品分类等。nosql= not only sql

二、作业集群的session会话共享存储。
http://oldboy.blog.51cto.com/2561410/1331316
http://oldboy.blog.51cto.com/2561410/1323468

3、Memcached服务在不同企业业务应用场景中的工作流程
a、当web程序需要访问后端数据库获取数据时会优先访问Memcached内存缓存，如果缓存中有数据就直接获取返回前端服务及用户，如果没有数据（没有命中），在由程序请求后端的数据库服务器，获取到对应的数据后，除了返回给前端服务及用户数据外，还会把数据放到Memcached内存中进行缓存，等待下次请求被访问，Memcache内存始终是数据库的挡箭牌，从而大大的减轻数据库的访问压力，提高整个网站架构的响应速度，提升了用户体验。

b、当程序更新，修改或删除数据库中已有的数据时，会同时发送请求通知Memcached已经缓存的同一个ID内容的旧数据失效，从而保证Memcache中数据和数据库中的数据一致。

如果在高并发场合，除了通知Memcached过程的缓存失效外，还会通过相关机制，使得在用户访问新数据前，通过程序预先把更新过的数据推送到memcache中缓存起来，这样可以减少数据库的访问压力，提升Memcached中缓存命中率。

c、数据库插件可以再写入更新数据库后，自动抛给MC缓存起来，自身不Cache.

4、Memcached服务分布式集群如何实现？

特殊说明：Memcached集群和web服务集群是不一样的，所有Memcached的数据总和才是数据库的数据。每台Memcached都是部分数据。
（一台memcached的数据，就是一部分mysql数据库的数据）

a、程序端实现
程序加载所有mc的ip列表，通过对key做hash (一致性哈希算法)
例如：web1 (key)===>对应A,B,C,D,E,F,G.....若干台服务器。（通过哈希算法实现）

b、负载均衡器
通过对key做hash (一致性哈希算法)

一致哈希算法的目的是不但保证每个对象只请求一个对应的服务器，而且当节点宕机，缓存服务器的更新重新分配比例降到最低。

Memcached资料：
http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5848253

5、Memcached服务特点及工作原理是什么？
a、完全基于内存缓存的
b、节点之间相互独立
c、C/S模式架构，C语言编写，总共2000行代码。
d、异步Ｉ/O 模型，使用libevent作为事件通知机制。
e、被缓存的数据以key/value键值对形式存在的。
f、全部数据存放于内存中，无持久性存储的设计，重启服务器，内存里的数据会丢失。
g、当内存中缓存的数据容量达到启动时设定的内存值时，就自动使用LRU算法删除过期的缓存数据。
h、可以对存储的数据设置过期时间，这样过期后的数据自动被清除，服务本身不会监控过期，而是在访问的时候查看key的时间戳,判断是否过期。
j、memcache会对设定的内存进行分块，再把块分组，然后再提供服务。

6、简述Memcached内存管理机制原理？
　　malloc的全称是memory allocation ,中文叫运态内存分配，当无法知道内存具体位置的时候，想要绑定真正的内存空间，就需要用到动态的分配内存。

　　早期的Memcached内存管理方式是通过malloc的分配的内存，使用完后通过free来回收内存，这种方式容易产生内存碎片，并降低操作系统对内存的管理效率。加重操作系统内存管理器的负担，最坏的情况下，会导致操作系统比memcached进程本身还慢，为了解决这个问题，Slab Allocation内存分配机制就延生了。
　　现在Memcached利用Slab Allocation机制来分配和管理内存。
　　Slab Allocation机制原理是按照预先规定的大小，将分配给memcached的内存分割成特定长度的内存块（chunk)，再把尺寸相同的内存块，分成组
（chunks slab class),这些内存块不会释放，可以重复利用。

图1 Slab Allocation的构造图

而且，slab allocator还有重复使用已分配的内存的目的。 也就是说，分配到的内存不会释放，而是重复利用。

Slab Allocation的主要术语

Page

分配给Slab的内存空间，默认是1MB。分配给Slab之后根据slab的大小切分成chunk。

Chunk

用于缓存记录的内存空间。

Slab Class

特定大小的chunk的组。

在Slab中缓存记录的原理

下面说明memcached如何针对客户端发送的数据选择slab并缓存到chunk中。

memcached根据收到的数据的大小，选择最适合数据大小的slab（图2）。 memcached中保存着slab内空闲chunk的列表，根据该列表选择chunk， 然后将数据缓存于其中。

图2 选择存储记录的组的方法

实际上，Slab Allocator也是有利也有弊。下面介绍一下它的缺点。

Slab Allocator的缺点

Slab Allocator解决了当初的内存碎片问题，但新的机制也给memcached带来了新的问题。

这个问题就是，由于分配的是特定长度的内存，因此无法有效利用分配的内存。 例如，将100字节的数据缓存到128字节的chunk中，剩余的28字节就浪费了（图3）。

图3 chunk空间的使用

对于该问题目前还没有完美的解决方案，但在文档中记载了比较有效的解决方案。

The most efficient way to reduce the waste is to use a list of size classes that closely matches (if that’s at all possible) common sizes of objects that the clients of this particular installation of memcached are likely to store.

就是说，如果预先知道客户端发送的数据的公用大小，或者仅缓存大小相同的数据的情况下， 只要使用适合数据大小的组的列表，就可以减少浪费。

但是很遗憾，现在还不能进行任何调优，只能期待以后的版本了。 但是，我们可以调节slab class的大小的差别。

　　Memcached服务器端保存着一个空闲的内存块列表，当有数据存入时根据接收到的数据大小，分配一个能存下这个数据的最小内存块。这种方式有时会造成内存浪费。

　　例如：将一个200字节的数据存入一个300字节的内存块中，会有100字节内存被浪费掉，不能使用。避免浪费内存的办法是，预先计算出应用存入的数据大小，或把同一业务类型的数据存入一个Memcached服务器中，确保存入的数据大小相对均匀，这样就可以减少对内存的浪费。还有一种办法是，在启动时指定“-f”参数，能在某种程度上控制内存组之间的大小差异。在应用中使用Memcached时，通常可以不重新设置这个参数，使用默认值1.25进行部署。如果想优化Memcached对内存的使用，可以考虑重新计算数据的预期平均长度，调整这个参数来获得合适的设置值。

使用Growth Factor对Slab Allocator内存管理机制进行调优

　　memcached在启动时指定 Growth Factor因子（通过-f选项）， 就可以在某种程度上控制slab之间的差异。默认值为1.25。 但是，在该选项出现之前，这个因子曾经固定为2，称为“powers of 2”策略。

让我们用以前的设置，以verbose模式启动memcached试试看：

$ memcached -f 2 -vv

下面是启动后的verbose输出：

slab class   1: chunk size    128 perslab  8192
slab class   2: chunk size    256 perslab  4096
slab class   3: chunk size    512 perslab  2048
slab class   4: chunk size   1024 perslab  1024
slab class   5: chunk size   2048 perslab   512
slab class   6: chunk size   4096 perslab   256
slab class   7: chunk size   8192 perslab   128
slab class   8: chunk size  16384 perslab    64
slab class   9: chunk size  32768 perslab    32
slab class  10: chunk size  65536 perslab    16
slab class  11: chunk size 131072 perslab     8
slab class  12: chunk size 262144 perslab     4
slab class  13: chunk size 524288 perslab     2

可见，从128字节的组开始，组的大小依次增大为原来的2倍。 这样设置的问题是，slab之间的差别比较大，有些情况下就相当浪费内存。 因此，为尽量减少内存浪费，两年前追加了growth factor这个选项。

来看看现在的默认设置（f=1.25）时的输出（篇幅所限，这里只写到第10组）：

slab class   1: chunk size     88 perslab 11915
slab class   2: chunk size    112 perslab  9362
slab class   3: chunk size    144 perslab  7281
slab class   4: chunk size    184 perslab  5698
slab class   5: chunk size    232 perslab  4519
slab class   6: chunk size    296 perslab  3542
slab class   7: chunk size    376 perslab  2788
slab class   8: chunk size    472 perslab  2221
slab class   9: chunk size    592 perslab  1771
slab class  10: chunk size    744 perslab  1409

可见，组间差距比因子为2时小得多，更适合缓存几百字节的记录。 从上面的输出结果来看，可能会觉得有些计算误差， 这些误差是为了保持字节数的对齐而故意设置的。

将memcached引入产品，或是直接使用默认值进行部署时， 最好是重新计算一下数据的预期平均长度，调整growth factor， 以获得最恰当的设置。内存是珍贵的资源，浪费就太可惜了。

接下来介绍一下如何使用memcached的stats命令查看slabs的利用率等各种各样的信息。

查看memcached的内部状态

memcached有个名为stats的命令，使用它可以获得各种各样的信息。 执行命令的方法很多，用telnet最为简单：

$ telnet 主机名 端口号

连接到memcached之后，输入stats再按回车，即可获得包括资源利用率在内的各种信息。 此外，输入”stats slabs”或”stats items”还可以获得关于缓存记录的信息。 结束程序请输入quit。

这些命令的详细信息可以参考memcached软件包内的protocol.txt文档。

$ telnet localhost 11211
Trying ::1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
stats
STAT pid 481
STAT uptime 16574
STAT time 1213687612
STAT version 1.2.5
STAT pointer_size 32
STAT rusage_user 0.102297
STAT rusage_system 0.214317
STAT curr_items 0
STAT total_items 0
STAT bytes 0
STAT curr_connections 6
STAT total_connections 8
STAT connection_structures 7
STAT cmd_get 0
STAT cmd_set 0
STAT get_hits 0
STAT get_misses 0
STAT evictions 0
STAT bytes_read 20
STAT bytes_written 465
STAT limit_maxbytes 67108864
STAT threads 4
END
quit

另外，如果安装了libmemcached这个面向C/C++语言的客户端库，就会安装 memstat 这个命令。 使用方法很简单，可以用更少的步骤获得与telnet相同的信息，还能一次性从多台服务器获得信息。

$ memstat --servers=server1,server2,server3,...

libmemcached可以从下面的地址获得：

• http://tangent.org/552/libmemcached.html

查看slabs的使用状况

使用memcached的创造者Brad写的名为memcached-tool的Perl脚本，可以方便地获得slab的使用情况 （它将memcached的返回值整理成容易阅读的格式）。可以从下面的地址获得脚本：

• http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/scripts/memcached-tool

使用方法也极其简单：

$ memcached-tool 主机名:端口 选项

查看slabs使用状况时无需指定选项，因此用下面的命令即可：

$ memcached-tool 主机名:端口

获得的信息如下所示：

 #  Item_Size   Max_age  1MB_pages Count   Full?
 1     104 B  1394292 s    1215 12249628    yes
 2     136 B  1456795 s      52  400919     yes
 3     176 B  1339587 s      33  196567     yes
 4     224 B  1360926 s     109  510221     yes
 5     280 B  1570071 s      49  183452     yes
 6     352 B  1592051 s      77  229197     yes
 7     440 B  1517732 s      66  157183     yes
 8     552 B  1460821 s      62  117697     yes
 9     696 B  1521917 s     143  215308     yes
10     872 B  1695035 s     205  246162     yes
11     1.1 kB 1681650 s     233  221968     yes
12     1.3 kB 1603363 s     241  183621     yes
13     1.7 kB 1634218 s      94   57197     yes
14     2.1 kB 1695038 s      75   36488     yes
15     2.6 kB 1747075 s      65   25203     yes
16     3.3 kB 1760661 s      78   24167     yes

各列的含义为：

列	含义
#	slab class编号
Item_Size	Chunk大小
Max_age	LRU内最旧的记录的生存时间
1MB_pages	分配给Slab的页数
Count	Slab内的记录数
Full?	Slab内是否含有空闲chunk

从这个脚本获得的信息对于调优非常方便，强烈推荐使用。

7、Memcached的删除原理与删除机制？

8、Memcached服务端与客户端的安装部署与使用测试

9、如何实现集群中的session共享存储？

10、如何获取MEMCACHED服务的状态信息，例如：命中率

11、通过Nagios监控Memcached需要监控哪些指标

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