memcache的内存管理与删除机制

内存碎片

在不断的申请和释放内存时候（如C语言中malloc、free)，在内存中往往会出现一些很小的内存片段，无法再使用，这种空闲的内存被称为内存碎片。

memcache内存管理

memcache使用slab allocator机制来内存管理。
slab allocator原理：先将内存划分为多个slab class仓库，每个仓库切分成不同尺寸的小块chunk。
需要存储内容时候，判断内容大小，为其选择合理的仓库。如下图：

memcache如何选择合适的chunk

首先我们可以通过如下命令，查看memcache中chunk。

memcache -vvv

效果如下图

现在有114byte内存需要存放，首先memcache会检查chunk组，找到内容大于114byte且二则差的绝对值最小的那个chunk。如果此时128chunk（即slab class 3 里面的chunk）已经用完，此时并不会去使用大小为160的chunk，而是将chunk为122里面的旧数据踢掉，以备使用。

固定大小的chunk带来的内存浪费

在上面，我们存储的是114byte，但是使用的却是128byte。由于slab allocator机制中，分配的chunk大小事‘固定’的，应此可能会造成内存的浪费。对于chunk 空间的浪费问题,无法彻底解决,只能缓解该问题。

chunk增长因子调优

memcached 在启动时可以通过f选项指定Growth Factor 因子, 并在某种程度上控制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。
增长因子为3时候

增长因子为2.25

增长因子为1.25

备注：当f=1.25 时,从输出结果来看,某些相邻的slab class 的大小比值并非为1.25,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。

memcache 的过期数据惰性删除

当某个值过期后,并没有从内存删除, 因此,stats 统计时, curr_item 有其信息。 当某个新值去占用他的位置时,当成空chunk 来占用。 当get 值时,判断是否过期,如果过期,返回空,并且清空, curr_item 就减少了。即这个过期,只是让用户看不到这个数据而已,并没有在过期的瞬间立即从内存删除。这个称为惰性失效。好处是节省了cpu 时间和检测的成本。

memcache中lru删除机制

在操作系统系统中，常用的删除机制有fifo、lru删除
lru：least recently used 最近最少使用
fifo：first in，first out 最先插入，最先离开
原理: 当某个单元被请求时,维护一个计数器,通过计数器来判断最近谁最少被使用。
注: 即使某个key 是设置的永久有效期,也一样会被踢出来!
即–永久数据被踢现象。