NoSQL

21.1 什么是NoSQL

• 非关系型数据库就是NoSQL，关系型数据库代表MySQL

• 对于关系型数据库来说，是需要把数据存储到库、表、行、字段里，查询的时候根据条件一行一行地去匹配，当量非常大的时候就很耗费时间和资源，尤其是数据是需要从磁盘里去检索

• NoSQL数据库存储原理非常简单（典型的数据类型为k-v），不存在繁杂的关系链，比如mysql查询的时候，需要找到对应的库、表（通常是多个表）以及字段。

• NoSQL数据可以存储在内存里，查询速度非常快

• NoSQL在性能表现上虽然能优于关系型数据库，但是它并不能完全替代关系型数据库

• NoSQL因为没有复杂的数据结构，扩展非常容易，支持分布式

• 常见NoSQL数据库

• k-v形式的：memcached、redis 适合储存用户信息，比如会话、配置文件、参数、购物车等等。这些信息一般都和ID（键）挂钩，这种情景下键值数据库是个很好的选择。

• 文档数据库：mongodb   将数据以文档的形式储存。每个文档都是一系列数据项的集合。每个数据项都有一个名称与对应的值，值既可以是简单的数据类型，如字符串、数字和日期等；也可以是复杂的类型，如有序列表和关联对象。数据存储的最小单位是文档，同一个表中存储的文档属性可以是不同的，数据可以使用XML、JSON或者JSONB等多种形式存储。

• 列存储 Hbase

• 图  Neo4J、Infinite Graph、OrientDB

21.2 Memcached介绍

• Memcached是国外社区网站LiveJournal团队开发，目的是为了通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，从而提高动态web站点性能。

• 官方站点 http://www.memcached.org/

• 数据结构简单(k-v)，数据存放在内存里

• 多线程

• 基于c/s架构，协议简单 （启动一个服务去连接memcached进行通信）

• 基于libevent的事件处理 （nginx也是基于libevent）

• 自主内存存储处理（slab allowcation)

• 数据过期方式：Lazy Expiration 和 LRU

• Memcached不支持重启服务器，因为数据存储在内存里面，重启服务器会导致数据丢失。

 Memcached的数据流向

 Slab allocation

• Slab Allocation的原理

• 将分配的内存分割成各种尺寸的块（chunk）， 并把尺寸相同的块分成组（chunk的集合），每个chunk集合被称为slab。

• Memcached的内存分配以Page为单位，Page默认值为1M，可以在启动时通过-I参数来指定。

• Slab是由多个Page组成的，Page按照指定大小切割成多个chunk。

Growth factor

• Memcached在启动时通过-f选项可以指定 Growth Factor因子。该值控制chunk大小的差异。默认值为1.25。

• 通过memcached-tool命令查看指定Memcached实例的不同slab状态，可以看到各Item所占大小（chunk大小）差距为1.25

• 命令：# memcached-tool 127.0.0.1:11211 display

Memcached的数据过期方式

• Lazy Expiration

• Memcached 内部不会监视记录是否过期，而是在get时查看记录的时间戳，检查记录是否过期。这种技术被称为lazy（惰性）expiration。因此，Memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。

• LRU

• Memcached会优先使用已超时的记录的空间，但即使如此，也会发生追加新记录时空间不足的情况，此时就要使用名为Least Recently Used（LRU）机制来分配空间。顾名思义，这是删除“最近最少使用”的记录的机制。因此，当内存空间不足时（无法从slab class获取到新的空间时），就从最近未被使用的记录中搜索，并将其空间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看，该模型十分理想。

slab allocation 的关系

• 小--》大

• 块chunk--》组（chunk的集合）--》slab

• 大--》小

• memcached分配--》page--》chunk

21.3 安装memcached

yum install -y memcached libmemcached libevent
systemctl start memcached

memcached 进程介绍

ps aux |grep  memcached
memcach+   617  0.0  0.0 325564  1176 ?        Ssl  17:10   0:00 /usr/bin/memcached -u memcached -p 11211 -m 64 -c 1024
root       626  0.0  0.0 112660   968 pts/0    R+   17:10   0:00 grep --color=auto memcached

解释：

-u 指定启动用户

-p 指定端口

-m 分配内存大小，单位Mb （此选项最常用）

-c 指定最大并发数

以上的参数都可以更改

修改加载参数有2种，分为手动跟自动：

1 手动 /usr/bin/memcached -u xxx -p xxx -m xxx -c xxx

2 自动，修memcached的配置文件

vim /etc/sysconfig/memcached
PORT="11211"
USER="memcached"
MAXCONN="1024"
CACHESIZE="64"
OPTIONS=""

根据实际来修改

比如加上监听的ip，可以把OPTIONS="" 改为OPTIONS="127.0.0.1"

21.4 查看memcached状态

memcached-tool是查看memcached状态的一款工具

memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats
#127.0.0.1:11211   Field       Valueaccepting_conns           1auth_cmds           0auth_errors           0bytes           0bytes_read           7bytes_written           0cas_badval           0cas_hits           0cas_misses           0cmd_flush           0cmd_get           0cmd_set           0cmd_touch           0conn_yields           0connection_structures          11curr_connections          10curr_items           0decr_hits           0decr_misses           0delete_hits           0delete_misses           0evicted_unfetched           0evictions           0expired_unfetched           0get_hits           0get_misses           0hash_bytes      524288hash_is_expanding           0hash_power_level          16incr_hits           0incr_misses           0libevent 2.0.21-stablelimit_maxbytes    67108864listen_disabled_num           0pid         617pointer_size          64reclaimed           0reserved_fds          20rusage_system    0.020730rusage_user    0.019136threads           4time  1530610329total_connections          11total_items           0touch_hits           0touch_misses           0uptime        1324version      1.4.15

 关注点

get hits命中的数量

curr_items暂时存储的项目数量

get hits/ curr_items=命中率

或者echo stats |nc 127.0.0.1 11211  需要安装nc工具  yum install -y nc

echo stats |nc 127.0.0.1 11211
STAT pid 617
STAT uptime 2754
STAT time 1530611759
STAT version 1.4.15
STAT libevent 2.0.21-stable
STAT pointer_size 64
STAT rusage_user 0.037363
STAT rusage_system 0.041996
STAT curr_connections 10
STAT total_connections 12
STAT connection_structures 11
STAT reserved_fds 20
STAT cmd_get 0
STAT cmd_set 0
STAT cmd_flush 0
STAT cmd_touch 0
STAT get_hits 0
STAT get_misses 0
STAT delete_misses 0
STAT delete_hits 0
STAT incr_misses 0
STAT incr_hits 0
STAT decr_misses 0
STAT decr_hits 0
STAT cas_misses 0
STAT cas_hits 0
STAT cas_badval 0
STAT touch_hits 0
STAT touch_misses 0
STAT auth_cmds 0
STAT auth_errors 0
STAT bytes_read 13
STAT bytes_written 1024
STAT limit_maxbytes 67108864
STAT accepting_conns 1
STAT listen_disabled_num 0
STAT threads 4
STAT conn_yields 0
STAT hash_power_level 16
STAT hash_bytes 524288
STAT hash_is_expanding 0
STAT bytes 0
STAT curr_items 0
STAT total_items 0
STAT expired_unfetched 0
STAT evicted_unfetched 0
STAT evictions 0
STAT reclaimed 0
END

若安装libmemcached后，可以使用命令

memstat --servers=127.0.0.1:11211 查看memcached服务状态

--servers 指定memcached服务器ip:port

memstat --servers=127.0.0.1:11211
Server: 127.0.0.1 (11211)pid: 617uptime: 2787time: 1530611792version: 1.4.15libevent: 2.0.21-stablepointer_size: 64rusage_user: 0.038247rusage_system: 0.041996curr_connections: 10total_connections: 13connection_structures: 11reserved_fds: 20cmd_get: 0cmd_set: 0cmd_flush: 0cmd_touch: 0get_hits: 0get_misses: 0delete_misses: 0delete_hits: 0incr_misses: 0incr_hits: 0decr_misses: 0decr_hits: 0cas_misses: 0cas_hits: 0cas_badval: 0touch_hits: 0touch_misses: 0auth_cmds: 0auth_errors: 0bytes_read: 30bytes_written: 2068limit_maxbytes: 67108864accepting_conns: 1listen_disabled_num: 0threads: 4conn_yields: 0hash_power_level: 16hash_bytes: 524288hash_is_expanding: 0bytes: 0curr_items: 0total_items: 0expired_unfetched: 0evicted_unfetched: 0evictions: 0reclaimed: 0