挨踢部落直播課堂第三期：國內(nèi)首例談MySQL InnoDB memcached plugin實(shí)踐
原創(chuàng)【51CTO.com原創(chuàng)稿件】遠(yuǎn)程控制技術(shù)背后有哪些數(shù)據(jù)需求？如何用緩存技術(shù)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)？新緩存體系不穩(wěn)定怎么辦？MySQL InnoDB memcached plugin出來挺久的了，網(wǎng)上還沒見到國內(nèi)有把它用到生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)例，我們特此邀請(qǐng)到向日葵技術(shù)總監(jiān)張小峰老師做直播分享。
直播間：QQ群370892523、②群312724475、③群542270018、④群627843829
內(nèi)容簡(jiǎn)介：應(yīng)用背景介紹、向日葵遠(yuǎn)程控制技術(shù)的數(shù)據(jù)需求、緩存優(yōu)化史、從memcached到ttserver、memcached、Ttserver、MySQL InnoDB memcached plugin等。
昨天看到群里有人說運(yùn)維就是把程序員的代碼copy到服務(wù)器上，我覺得完全不是這樣的，至少在我們這里不是；只會(huì)上程序的運(yùn)維是不合格的，他要能在現(xiàn)有程序上優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能對(duì)開發(fā)提出當(dāng)前的不足以及優(yōu)化方案和為運(yùn)維服務(wù)的開發(fā)需求。
（一）應(yīng)用背景介紹
作為提供各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)且具有海量用戶的的Oray，我們也一直在實(shí)踐各種新技術(shù)新架構(gòu)；緩存方面我們從memcached、ttserver、redis等都有較多應(yīng)用，其中redis我們的dns體系中有著很深度的集成使用；MySQL InnoDB memcached plugin出來挺久的了，網(wǎng)上還沒見到國內(nèi)有把它用到生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)例，我今天就給大家說下小白鼠體驗(yàn)。
但很大一部分用戶使用我們的花生殼也就是為了遠(yuǎn)程操作電腦，所以2010年，在我們埋頭苦干了1年多后推出了向日葵遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品，這個(gè)產(chǎn)品的基本功能就是讓用戶不需要關(guān)心IP端口等技術(shù)知識(shí)就可以遠(yuǎn)程管理控制他的所有電腦，這個(gè)產(chǎn)品主要依賴以下技術(shù)：
通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理用戶主機(jī)清單；
使用長連接維持被控在線狀態(tài)；
P2P通信技術(shù)傳輸控制信號(hào)以及圖像信號(hào)；
優(yōu)化的算法盡可能的降低用戶帶寬占用以及提高圖像質(zhì)量；
其他周邊技術(shù)，如HTML5免插件遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程開機(jī)等。
客戶端、操作系統(tǒng)以及相關(guān)遠(yuǎn)控技術(shù)問題我們今天先不探討，向日葵也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的C/S結(jié)構(gòu)軟件，我們需要像聊天服務(wù)器那樣與客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，而客戶端在線量一直在兇猛的增長中，我們的系統(tǒng)以及運(yùn)維和開發(fā)團(tuán)隊(duì)也就不停的迭代并成長。
（二）向日葵遠(yuǎn)程控制技術(shù)的數(shù)據(jù)需求
上面提到，向日葵使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存貯某一個(gè)用戶擁有哪些主機(jī)，以及這些主機(jī)的具體相關(guān)信息；在此同時(shí)，我們也需要臨時(shí)存儲(chǔ)一些關(guān)鍵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：
主機(jī)鑒權(quán)信息
主機(jī)在線狀態(tài)
如何連接主機(jī)
其實(shí)剛發(fā)布向日葵的幾個(gè)月我們是把它們同時(shí)放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫里的，那個(gè)時(shí)候主要考慮的也不是服務(wù)端的性能問題，而是整個(gè)系統(tǒng)跑通，只是我們的數(shù)據(jù)庫后來吃不消了，這一段經(jīng)歷不長，說真的也沒啥好講的。
（三）緩存優(yōu)化史
既然存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中不合適，我們就開始用各種緩存技術(shù)來存儲(chǔ)這種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
（三.1）從memcached到ttserver
（三.1.1）memcached
***代的主機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存化，我們把它放在了memcached，整個(gè)客戶端的登陸過程是這樣的（里頭略去了各種錯(cuò)誤處理及異常以及各種附屬架構(gòu)，比如負(fù)載均衡或者備份等）：
把狀態(tài)等需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)放到緩存后，這個(gè)大框架到現(xiàn)在也還基本上是這樣，API負(fù)責(zé)所有跟持久化DB的交互操作，長連接只負(fù)責(zé)跟memcached的通信，這樣也避免了我們的DB有過多角色參與讀寫；另外這個(gè)時(shí)候我們只有一臺(tái)memcached服務(wù)器，因?yàn)槲覀兯氵^16G內(nèi)存大約可以放上億的主機(jī)信息。
在經(jīng)歷了兩次memcached崩潰后我們也崩潰了，memcached的數(shù)據(jù)是完全放在內(nèi)存里的，崩潰后所有主機(jī)全部會(huì)變成不在線且只能通過重啟所有服務(wù)器解決，而重啟所有服務(wù)器意味著所有原先在線客戶端都得全部重新登陸一次，這個(gè)過程會(huì)極其漫長，以小時(shí)計(jì)的。
（三.1.2）ttserver
我們要改進(jìn)了，順其自然的，我們想到了ttserver，ttserver可以在崩潰重啟后恢復(fù)數(shù)據(jù)且具備主備同步功能，而丟失那部分?jǐn)?shù)據(jù)我們可以在客戶端登陸時(shí)從DB里自動(dòng)恢復(fù)出來；
由于ttserver跟memcached通信協(xié)議上完全兼容，但為了避免全局性的災(zāi)難，我們?cè)谕瓿啥郼ache服務(wù)優(yōu)化后，新系統(tǒng)很快就上線了。
新緩存體系的結(jié)構(gòu)長這樣的：
完全堆疊式的設(shè)計(jì)，理論上也是可以***擴(kuò)容的，但我們沒意識(shí)到ttserver幾個(gè)大問題：
ttserver不支持key過期的，需要開啟table database模式，并通過lua腳本的方式來實(shí)現(xiàn)，但該模式ttserver的運(yùn)行性能相當(dāng)差，并且在數(shù)據(jù)很大的時(shí)候出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
這個(gè)不穩(wěn)定現(xiàn)象我們不湊巧也遇到了：由于它會(huì)自動(dòng)把不頻繁讀寫的數(shù)據(jù)swap到磁盤，它倒不會(huì)像memcached那樣容易崩潰，但它會(huì)偶爾神經(jīng)質(zhì)似的卡；卡到什么程度呢：手工上去敲個(gè)get，大概要幾百ms才會(huì)得到結(jié)果；而我們對(duì)ttserver做了很多優(yōu)化依舊于事無補(bǔ)。前兩次卡死，重啟能解決，但后來，我們不得不把它保存的文件徹底刪除才能恢復(fù)性能，這不又回到了memcached時(shí)代嗎？怎么辦？
(三．2)MySQL InnoDB memcached plugin
在我們出現(xiàn)ttserver危機(jī)的時(shí)候，已經(jīng)沒有什么能讓我更絞盡腦汁的事情了，天天到各社區(qū)調(diào)研，某個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，我看到了MySQL居然支持memcached插件，這真是個(gè)神奇的組合：
傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在大數(shù)據(jù)時(shí)代的性能與擴(kuò)展，離不開內(nèi)存與分布式這兩大主題。
在傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，Oracle的Timesten，SQL Server的Hekaton，都是選擇與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫相集合，但實(shí)際上卻少有突出的應(yīng)用場(chǎng)景。而MySQL嵌入nosql ，在性能與管理、分析上達(dá)到互補(bǔ)，則是更為有意義的結(jié)合。
MySQL5.6.6后開始內(nèi)嵌 memcached 的支持，在MySQL 5.7較新的版本性能大幅提升，有測(cè)試表明在48核只讀環(huán)境下QPS可以達(dá)到百萬以上。
借用下MySQL官方的結(jié)構(gòu)圖：
我們先來看一下memcached plugin的安裝：
下載mysql5.7.17 源碼包 wget http://cdn.mysql.com//Downloads/MySQL-5.7/mysql-community-5.7.17-1.el6.src.rpm
因?yàn)槭且粋€(gè)插件，開啟memcached plugin功能，需要在編譯安裝時(shí)添加：
-DWITH_INNODB_MEMCACHED=ON
安裝啟動(dòng)后執(zhí)行配置：
memcached plugin相關(guān)配置表：
innodb_memcache.config_options --配置分割符、引用符
innodb_memcache.cache_policies --根據(jù)需要設(shè)置緩存策略
innodb_memcache.containers --設(shè)置表結(jié)構(gòu)：key、value大小，過期時(shí)間等
在mysql的配置文件my.cnf中通常需要設(shè)置以下參數(shù)（注意在啟動(dòng)插件后配置，否則mysqld啟動(dòng)報(bào)錯(cuò)），主要是配置分配給memcached 的內(nèi)存大小以及開啟寫binlog，如果需要指定其他端口，如11212 在loose-daemon_memcached_option參數(shù)添加 ' -p11212'
而daemon_memcached_r_batch_size、daemon_memcached_w_batch_size 默認(rèn)為1，這里也建議設(shè)置為1：
MySQL memcached plugin 特點(diǎn)：
1.數(shù)據(jù)直接讀寫請(qǐng)求innodb存儲(chǔ)引擎，不需要經(jīng)過SQL層，不需要進(jìn)行解析編譯。
2.由MySQL buffer pool 管理內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)。
3.可以把數(shù)據(jù)存入多個(gè)表，可進(jìn)行多列數(shù)據(jù)合并為一個(gè)value。
4.可以通過SQL對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析、維護(hù)。（在過期時(shí)間字段添加索引，通過mysql job進(jìn)行過期數(shù)據(jù)刪除）
5.可以利用MySQL靈活的主從架構(gòu)。
性能測(cè)試對(duì)比：
我們采用4核進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，MySQL memcached plugin 與 ttserver （hash模式）性能相當(dāng)，QPS可以達(dá)到7萬/秒。比 ttserver （btree模式）高出3倍以上。
memaslap的測(cè)試存在一些缺陷，這里僅供大致參考：
實(shí)際上，在網(wǎng)絡(luò)延遲上，QPS性能將大打折扣，所以要將應(yīng)用部署在同個(gè)內(nèi)網(wǎng)以降低網(wǎng)絡(luò)延遲瓶頸，輕松應(yīng)對(duì)每天上億次的QPS請(qǐng)求，在接近1萬/s的QPS并發(fā)訪問下依舊表現(xiàn)穩(wěn)定。
以下是其中一個(gè)MySQL Memcahced 運(yùn)行情況：
在我們一個(gè)很NB的DBA的設(shè)計(jì)和操控下，新架構(gòu)上線還是比較順利的：
大家注意到，圖中多了一個(gè)角色，magent，在這次架構(gòu)優(yōu)化中，我們?cè)趹?yīng)用和MySQL memcached中間加了一層magent，這東西大家百度下到處都有介紹，但原版其實(shí)是有不少bug的，比如buffer大小問題；加上這東西的好處：
1、通過對(duì)magent的改造，實(shí)現(xiàn)HA，當(dāng)ma后端cache某一臺(tái)down掉后ma可以自動(dòng)切換；系統(tǒng)管理員晚上終于可以安心的睡覺了。
2、MySQL memcached plugin 不支持multi get/set （在未來的版本中會(huì)支持）。通過magent解決。
3、由于mysql memcached plugin 存在一些bug，5.7.18做了一些修復(fù)，但不夠完善。借助magent便于控制和維護(hù)。
此架構(gòu)優(yōu)勢(shì)：
擴(kuò)展性強(qiáng)。逐步提升應(yīng)對(duì)高并發(fā)，采取多主架構(gòu)，配合magent實(shí)現(xiàn)高可用。
我們做的優(yōu)化：
MySQL 5.7.17 前的版本，不建議設(shè)置 daemon_memcached_r_batch_size 大于1，容易遭遇 bug 導(dǎo)致 MySQL Crashed。同時(shí)建議innodb_api_bk_commit_interval設(shè)置為稍大一點(diǎn)的值。默認(rèn)為5。存在get會(huì)話的情況下，對(duì) daemon_memcached 插件進(jìn)行重啟，也會(huì)導(dǎo)致MySQL Crashed，重啟插件時(shí)要確保沒有其他會(huì)話。
禁止flush_all權(quán)限操作：
update cache_policies set flush_policy='disabled';
尾聲
其實(shí)上面說了那么多細(xì)節(jié)抑或還不夠細(xì)節(jié)的東西，都是圍繞著緩存架構(gòu)的優(yōu)化。在這么多年從事軟硬開發(fā)與架構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作中，我深刻的體會(huì)到架構(gòu)的重要性，不管多NB的代碼和算法，多NB的硬件，系統(tǒng)架構(gòu)不好的話你的運(yùn)行結(jié)果一樣糟糕。這里的架構(gòu)不僅僅包含服務(wù)器層面以及系統(tǒng)運(yùn)維上的，架構(gòu)無處不在，從軟件架構(gòu)到硬件架構(gòu)，從網(wǎng)站架構(gòu)到數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，從通信架構(gòu)到服務(wù)整體架構(gòu)，包括本文提到的緩存架構(gòu)，甚至細(xì)化到C++開發(fā)層的class封裝與相互調(diào)用，都有著架構(gòu)及其優(yōu)化的存在。做任何一件部署與實(shí)際的開發(fā)前，我們都要有做好架構(gòu)這個(gè)潛在意識(shí)，去考慮一個(gè)好的架構(gòu)再動(dòng)手構(gòu)建，當(dāng)然我們都不可避免的會(huì)踩到坑，不要害怕，持續(xù)改進(jìn)就好。
正是這樣的態(tài)度下，我們又相繼推出無網(wǎng)遠(yuǎn)控的硬件“向日葵控控”這樣創(chuàng)新性的產(chǎn)品。有了這一路走來的經(jīng)驗(yàn)，不管產(chǎn)品從軟件延伸硬件，我們也有自己的一套優(yōu)化方案，有機(jī)會(huì)我們繼續(xù)分享。
Q&A
1、Q：PHP-watson-廣州：:
A：向日葵-技術(shù)總監(jiān)-上海：
redis單線程設(shè)計(jì)機(jī)制只能利用一個(gè)核，CPU利用度有限，我認(rèn)為在高并發(fā)上比不上memcached，并且對(duì)數(shù)據(jù)比較大的情況性能不是很好，內(nèi)存使用率管理上也沒有memcached優(yōu)秀，value在大于1k之后性能下降明顯。
Q：python運(yùn)維開發(fā)_howhy：
A：向日葵-技術(shù)總監(jiān)-上海：
Q：python運(yùn)維開發(fā)_howhy：
A：向日葵-技術(shù)總監(jiān)-上海：
Q：數(shù)據(jù)庫管理-矢神-廣州：
A：向日葵-技術(shù)總監(jiān)-上海：
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