面试题：缓存设计之Memcached调优策略

Question

在实际生产环境中，若发现Memcached命中率较低，从内存分配机制角度出发，你会采取哪些调优建议？请详细说明每种建议的原理和实施步骤。

Answer 1

调整 slab 大小

1. 原理：Memcached 使用 slab 分配器来管理内存，每个 slab 包含固定大小的 chunk。如果 slab 大小设置不合理，可能导致内存浪费或对象无法合适存放，进而影响命中率。通过调整 slab 大小，使不同大小的对象能更高效地被分配到合适的 slab 中，减少内存碎片，提高内存利用率，从而提升命中率。
2. 实施步骤：
   • 首先要分析业务中存储对象的大小分布情况，可以通过一些工具如 memcached-tool 收集一段时间内存储对象大小的统计信息。
   • 根据分析结果，使用 memcached 启动参数 -f <factor> 来调整 slab 增长因子，默认增长因子为 1.25。例如，如果发现小对象居多，可以适当减小增长因子，使 slab 大小的递增更细密；若大对象较多，则可适当增大增长因子。同时，可以结合 -n <chunk_size> 参数设置初始 chunk 大小，让 slab 分配更符合业务对象大小特点。

优化 slab 类别的数量

1. 原理：过多或过少的 slab 类别都可能影响内存分配效率。过多的 slab 类别会增加管理开销，过少则可能导致对象无法找到合适的 slab 而出现内存浪费或分配失败，影响命中率。合理优化 slab 类别数量，能在管理开销和内存分配灵活性之间找到平衡，提高命中率。
2. 实施步骤：
   • 同样先借助 memcached-tool 等工具分析现有 slab 类别下对象的分布情况，查看哪些 slab 类别利用率过低或过高。
   • 如果发现某些 slab 类别利用率极低，可以考虑合并一些相近大小的 slab 类别。在启动 memcached 时，可以通过调整配置文件或命令行参数，重新规划 slab 类别数量和对应的大小范围。例如，如果原本有 10 个 slab 类别，经过分析发现可以合并为 8 个，就相应调整配置，使内存分配更高效。

预分配内存

1. 原理：提前按照业务需求分配好足够的内存，避免运行过程中频繁进行内存分配和释放操作，减少内存碎片产生，提高内存分配效率，从而稳定命中率。
2. 实施步骤：
   • 在启动 memcached 服务时，通过 -m <bytes> 参数指定分配给 Memcached 的总内存大小。这个值要根据业务预估的数据存储量来合理设置，设置过小可能导致数据无法全部存储，过大则造成内存浪费。例如，预计业务高峰期需要存储 1GB 数据，可以设置 -m 1024（单位为 MB）。
   • 同时，可以结合上述对 slab 大小和类别数量的优化，提前规划好这些内存如何在不同的 slab 中分配，以提高内存使用效率。