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

12、redis是什么，有什么作用？

13、memcached与redis的区别？