Memcached数据被踢(evictions>0)现象分析

hncys

　　很多同学可能熟知Memcached的LRU淘汰算法，它是在slab内部进行的，如果所有空间都被slabs分配，即使另外一个slab里面有空位，仍然存在踢数据可能。你可以把slab理解为教室，如果你的教室满了，即使别的教室有空位你的教室也只能踢人才能进人。

　　本文介绍的却是另外一种现象。今天监控发现线上一memcached发生数据被踢现象，用stats命令看evictions>0,因为以前也出现过此问题，后来对这个参数增加了一个监控，所以这次主动就发现了。由于给memcached分配的内存远大于业务存储数据所需内存，因此初步判断是“灵异现象”。
　　第一步，netstat查看所有连接，排除是否被一些未规划的client使用，经排查后断定无此可能。
　　第二步，用tcpdump抽样检查set的指令，排除是否有忘记设cache过期时间的client，初步检查所有典型的业务都有expire time。
　　第三步，Google，未果
　　第四步，看源代码，了解evictions计数器增加时的具体细节，oh, no…
　　in items.c, memcached-1.2.8,


125         for (search = tails[id]; tries > 0 && search != NULL; tries--, search=search->prev) {
126             if (search->refcount == 0) {
127                 if (search->exptime == 0 || search->exptime > current_time) {
128                     itemstats[id].evicted++;
129                     itemstats[id].evicted_time = current_time - search->time;
130                     STATS_LOCK();
131                     stats.evictions++;
132                     STATS_UNLOCK();
133                 }
134                 do_item_unlink(search);
135                 break;
136             }
137         }
　　从源代码发现踢数据只判断一个条件，if (search->refcount == 0)，这个refcount是多线程版本计数用，在当前服务器未启用多线程情况下，refcount应该始终为0,因此初步判断memcached是从访问队列尾部直接踢数据。
　　为了证实想法，设计以下场景：

• 部署一个memcached测试环境，分配比较小的内存，比如8M
  
• 设置1条永远不过期的数据到memcached中，然后再get一次，这条数据后续应该存在LRU队尾。
  
• 每隔1S向memcached set(并get一次) 1,000条数据，过期时间设为3秒。
  
• 一段时间后，stats命令显示evictions=1
  

　　按我以前的理解，第2步的数据是永远不会被踢的，因为有足够过期的数据空间可以给新来的数据用，LRU淘汰算法应该跳过没过期的数据，但结果证实这种判断是错误的。以上业务的服务器发生被踢的现象是由于保存了大量存活期短的key/value,且key是不重复的。另外又有一业务保存了小量不过期的数据，因此导致不过期的数据惨遭被挤到队列踢出。
　　本来这个问题就告一段落了，但在写完这篇文章后，顺便又看了新一代memcached 1.4.1的源代码，很惊喜发现以下代码被增加。
　　items.c, memcached 1.4.1


107     /* do a quick check if we have any expired items in the tail.. */
108     int tries = 50;
109     item *search;
110
111     for (search = tails[id];
112          tries > 0 && search != NULL;
113          tries--, search=search->prev) {
114         if (search->refcount == 0 &&
115             (search->exptime != 0 && search->exptime < current_time)) {
116             it = search;
117             /* I don't want to actually free the object, just steal
118              * the item to avoid to grab the slab mutex twice
119              */
120             it->refcount = 1;
121             do_item_unlink(it);
122             /* Initialize the item block: */
123             it->slabs_clsid = 0;
124             it->refcount = 0;
125             break;
126         }
127     }
　　重复进行上述测试，未发生evictions。
　　9/8 Update: 注意到L108的tries=50没有？试想把测试第2步设置51条不过期数据到cache中，情况会怎样？因此新版的Memcached也同样存在本文描述问题。
　　几条总结：

• 过期的数据如果没被显式调用get，则也要占用空间。
  
• 过期的不要和不过期的数据存在一起，否则不过期的可能被踢。
  
• 从节约内存的角度考虑，即使数据会过期，也不要轻易使用随机字符串作为key，尽量使用定值如uid，这样占用空间的大小相对固定。
  
• 估算空间大小时候请用slab size计算，不要按value长度去计算。
  
• 不要把cache当作更快的key value store来用, cache不是storage。