[Memcached] Slab钙化问题

引子

Memcached采用LRU(Least Recent Used）淘汰算法，在内存容量满时踢出过期失效和LRU数据，为新数据腾出内存空间。不过该淘汰算法在内存空间不足以分配新的Slab情况下，这时只会在同一类Slab内部踢出数据。即当某个Slab容量满，且不能在内存足够分配新的Slab，只会在相同Slab内部踢出数据，而不会挪用或者踢出其他Slab的数据。这种局部剔除数据的淘汰算法带来一个问题：Slab钙化。

实践

1 搭建一个64M、growth factor=1.25的MC节点。

2 用item数据写满MC 192B的chunk，因为已经有evicted数量，所以192B chunk肯定已经写满，如图1所示。

图1 memcached-tool结果

3 计算内存利用率：bytes(59066176)/limit_maxbytes(67108864)=88%，已经达到growth factor=1.25的期望内存利用率，MC期望内存利用率计算方法请参考拙作《期望内存利用率计算方法》，所以内存已满，如图2所示。

图2 stats结果

4 flush_all删除所有数据，从图3看item仍占用192B的chunk size，MC删除机制是数据不会真正从内存中消失，只要被其他数据覆盖，MC不会主动删除Slab chunk已存在的数据。

图3 memcached-tool结果

5 再用5万个96B的item写入MC，一共写50000*96B/1024/1024=4M数据，远远小于64M，但是只能写入96B*10922=1MB，即只能写一个Page，还是有很多96B的item被Evicted，如图4所示。

即使192B的chunk数据已经被清除，MC淘汰策略是淘汰相同的Slab class数据，96B的item也不会重新使用192B的chunk size，只会使用原有启动Memcached时分配的1MB Slab class(Chunk size 96B)，这就是所谓的Slab钙化问题。

图4 memcached-tool结果

Slab钙化可以解释这个问题：为什么我写入比较新的数据，但被淘汰了？

假设Slab有各种规格（64～ 1M字节），比如应用存入的大部分数据大小在 64 ~ 128 字节范围内，那么这些数据会存储在128个字节大小的Slab chunk中，这些Slab chunk以链表的方式连接在一起。当已经没有空余的内存分配新的Slab，如果这时候写入10K新数据，且之前并没有这么大的数据写入时，那么这条新数据可以写入成功。但是当下次再写入10K数据时，第一次写入的10K数据就会被逐出。当下一次写入的新数据在64 ~ 128字节时，128字节大小的Slab链表上的数据会以LRU方式淘汰，所以LRU只会淘汰同一级别的Slab数据。

Slab钙化降低内存使用率，如果发生Slab钙化，有三种解决方案：

1) 重启Memcached实例，简单粗暴，启动后重新分配Slab class，但是如果是单点可能造成大量请求访问数据库，出现雪崩现象，冲跨数据库。

2) 随机过期：过期淘汰策略也支持淘汰其他slab class的数据，twitter工程师采用随机选择一个Slab，释放该Slab的所有缓存数据，然后重新建立一个合适的Slab。

3) 通过slab_reassign、slab_authmove参数控制。