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使用ngx_memc和ngx_srcache模块构建高效透明的缓存机制
2012年02月19日 Nginx 评论关闭 ⁄ 被围观 21,979 次+

为了提高性能,几乎所有互联网应用都有缓存机制,其中Memcache是使用非常广泛的一个分布式缓存系统。众所周知,LAMP是非常经典的Web架构方式,但是随着Nginx的成熟,越来越多的系统开始转型为LNMP(Linux+Nginx+MySQL+PHP with fpm),这是因为Nginx采用基于事件机制的I/O多路复用思想设计,在高并发情况下其性能远远优于默认采用prefork模式的Apache,另外,相对于Apache,Nginx更轻量,同时拥有大量优秀的扩展模块,使得在Nginx上可以实现一些美妙的功能。

传统上,PHP中使用memcache的方法是使用php-memcache或php-memached扩展操作memcache,然而在Nginx上有构建更高效缓存机制的方法,本文将首先介绍这种机制,然后介绍具体的操作步骤方法,最后将对这种机制和传统的PHP操作memcache的性能进行一个benchmark。
Nginx的Memc和SR Cache模块
缓存策略的改进

我们知道,Nginx的核心设计思想是事件驱动的非阻塞I/O。Nginx被设计为可以配置I/O多路复用策略,在Unix系统中传统的多路复用是采用select或poll,但是这两个方法的问题是随着监听socket的增加,性能会下降,因为在linux内核中是采用轮询的方式判断是否可以触发事件,换句话说算法的复杂度为O(N),而在较新的linux内核中引入了复杂度为O(1)的epoll,因此Nginx在Linux下默认采用epoll,而在FreeBSD下默认采用kqueue作为I/O策略。

即便是这样,传统的缓存策略仍可能造成效率低下,因为传统上是通过PHP操作memcache的,要执行PHP代码,Nginx就必然要和FastCGI通信,同时也要进入PHP的生命周期,因此SAPI、PHP Core和Zend Engine的一系列逻辑会被执行。更糟糕的是,fpm和PHP可能会阻塞,因此破坏了Nginx的非阻塞性。(原文中此处表述有误,fastcgi与nginx进行同步通信,但并不会破坏nginx i/o的非阻塞性,多谢agentzh给予指正)下图展示了在memcache命中时整个处理过程。

可以看到,即使memcache命中,还是要进入PHP的生命周期。我们知道,目前很多互联网应用都使用RESTful规范进行设计,在RESTful应用下,普遍使用uri和查询参数作为缓存的key,因此一种更高效的缓存策略是Nginx直接访问memcache,并用$uri和$args等Nginx内置变量设定缓存key规则,这样,当缓存命中时,Nginx可以跳过通过fastcgi和PHP通信的过程,直接从memcache中获取数据并返回。ngx_memc和ngx_srcache正是利用这种策略提高了缓存的效率。下图是这种高效缓存策略的示意图(当memcache命中时)。

模块介绍

ngx_memc和ngx_srcache模块均为前淘宝工程师agentzh(章亦春)开发。其中memc模块扩展了Nginx标准的memcache模块,增加了set、add、delete等memcache命令,而srcache则是为location增加了透明的基于subrequest的缓存层。两者配合使用,可以实现上一节提到的高效缓存机制。关于两个模块的详细信息可以参考它们Nginx官网的wiki(memc wikisrcache wiki)页。
安装及配置

下面以LNMP环境介绍如何使用这两个模块构建缓存层。因为Nginx并不支持模块动态加载,所以要安装新的模块,必须重新编译Nginx。首先下载两个模块(memc下载地址srcache下载地址),另外,为了发挥出缓存的最大性能,建议将memcache的upstream配置为keep-alive,为了支持upstream的keep-alive需要同时安装http-upstream-keepalive-module

将模块下载并解压到合适的目录,这里我Nginx使用的版本是1.0.4,与相关模块一起解压到了/home/zhangyang/downloads,如下图所示。


其中红框框起来的是我们需要用到的模块。进入nginx目录,执行下列命令:

  1. ./configure --prefix=/usr/local/nginx \   
  2. --add-module=../memc-nginx-module \   
  3. --add-module=../srcache-nginx-module \   
  4. --add-module=../ngx_http_upstream_keepalive   
  5.     
  6. make   
  7. make install  

这里我将nginx安装到/usr/local/nginx下,你可以根据自己的需要更改安装路径,另外,我只列出了本文必要的configure命令,你也可以增加需要的configure选项。

然后需要对nginx进行配置,nginx默认主配置文件放在安装目录的conf下,例如我的主配置文件为/usr/local/nginx/conf/nginx.conf。

这里我只贴出相关的配置:

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