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高可用性Cache池

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前段时间开发上线了一个Cache池,使用双层Cache池冗余,宕掉一台机器的Cache失效从1/N降到1/N^2。如果2层Cache池分开机器部署,失效率将会降到0。上线不久刚好碰上一次宕机事故,效果很好。该应用有16台Cache服务器,高峰时每秒访问约20万次,平时的命中率约为99.95%,宕掉一台会给8台db造成1.25万次/秒访问(因为命中率很高所以只计算宕机造成的Cache失效率),基本上不可能承受,以往遇到此类问题时,只能干等着高峰慢慢过去、压力降下来、同时Cache命中率缓慢提高,影响时间至少4 小时以上。使用双层冗余Cache池以后,单台Cache宕机给DB造成的压力是1/256,约780次/秒,分摊到8台db上就没多少压力了,对业务没有造成任何影响。

Cache是有状态服务,增加、删除服务器都要考虑数据一致性、对命中率的影响,这方面memcachedbdbcached都是使用bdb/qdbm来做持久化存储,但把Cache持久化是否合适?后端数据量太大以后,也会因为io太大而性能低下,bdb性能会从几十万/秒降到几百/秒,更新操作很可能会丢弃或延迟,意味着牺牲了一致性,虽然有异步更新但也无法解决性能问题。运营中发现cache容量从每台30GB(bdb)降到2-4GB,cache命中率下降其实很少,性能却提高了不少,可以完全放在内存中。

原打算在memcached的基础上开发(或者是使用它的协议),经考查有几个问题,就放弃掉了:
  • memcached的slab划分方式,不利于大小数据混合,考虑一种极端情况:开始时写的数据全都是100字节的,把内存全部用完;此时再想分配 200字节,就没有内存可用,由于我们的数据量非常大,随着用户数据的增长很容易出现这种情况。它没有一种有效的内存碎片回收机制。
  • memcached的文本协议没有流水号,只能同步阻塞方式调用。udp协议要自己实现许多功能,比如流量控制、丢失重传等。
  • 双层冗余Cache池还设计了一套类似于分布式存储系统的快速迁移机制,一旦一台Cache挂掉后就直接放弃里面的所有数据,重启后直接从其它节点迁移过来填充,迁移效率取决于网络带宽,极短的时间就可以把命中率提高到正常水平,减少系统风险。由于有双层cache冗余,在扩容时cache失效率也接近0,比consistent hashing还要高,当然每层cache还是使用consistent hashing来减少扩容时的cache失效率。在memcached的代码上增加这些功能,得到的好处太少。

cache 是自己开发的,基于内存整理的回收方式。内存硬件的效率非常高,一般服务器内存带宽都可以达到几GB/s,因此没有太担心效率问题。一个page上的小块数据可以一起回收,多个逻辑连续的page分组进行空间整理,可以保证每个操作至多处理N个page(N<10)。内存整理的开销完全分摊,实际测试一次cache操作最快只要几微秒,最慢几百微秒,压力测试可以达到80万/秒,完全满足业务需要。
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4 楼 qiezi 2009-06-16  
iso1600 写道

文中讲了环境,但冗余是怎么样实现的,是双写还是服务自身去replication? 是用什么样的策略及算法,这个比较关注……另外文中提到“但把Cache持久化是否合适?”,但memcachedb不是memcache(虽然很多人误这样认为),mcdb是用来存储持久数据的。

目前冗余是双写完成的,这样开发比较简单,可能会造成部分数据不一致,以后可能会增加简单事务提交,不过双写应该不会改变,G(oogle)FS也是双写〜

memcached没有持久化,它的分布式也较为简陋,宕机后对db造成冲击的例子应该很多。

memcachedb主要提供持久化存储,并不是cache服务,这里拿它比较可能不合适。

cachedb使用集中的持久化存储来加强cache,需要额外的后端,数据量一旦变得很大(这很容易出现),性能问题就不可避免,很难应付宕机风险。还有一种容易忽视的风险是"not found",就是数据在cache中不存在,一旦有大量不存在的key访问,压力就会完全传递到qdbm上,当然也可以在应用层避开这个问题。
3 楼 iso1600 2009-06-16  
文中讲了环境,但冗余是怎么样实现的,是双写还是服务自身去replication? 是用什么样的策略及算法,这个比较关注……
另外文中提到“但把Cache持久化是否合适?”,但memcachedb不是memcache(虽然很多人误这样认为),mcdb是用来存储持久数据的。
2 楼 qiezi 2009-06-15  
软件上保证的〜
1 楼 老熊 2009-06-15  
cache冗余应该是类似硬盘raid 0+1吧,是利用程序来保证冗余的?还是硬件?

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