Memsniff：一个健壮的Memcached流量分析工具

架构

著名在线资源存储网站Box.com近日发布了memsniff——一个开源的memcached流量分析工具。该工具的推出是为了在不影响memcached服务器的情况下诊断热键（hot key）问题。

背景

Box经历了从少数几台服务器和数据库到大规模、高性能平台的转变，与其他大型的网络公司一样，Box也使用了分布式缓存层来缓存经常被访问的数据。不过他们有时候会碰到热键问题，也就是说，某些数据对象的访问频率突然变得很高，导致数据服务器带宽负载过重，也会影响缓存服务器提供高性能的服务。

下图展示了出现热键问题的memcached服务器的网络带宽走势，其中棕色曲线部分表示出现了热键问题。

导致热键问题的原因有很多，有可能是因为后台任务造成的，也有可能是因为应用程序处理不当，又或者是因为用户频繁的活动。大部分缓存系统出于性能方面的考虑，几乎不提供日志，所以很难确定是哪些数据导致了这个问题。

而Box推出的memsniff另辟蹊径，它通过检查memcached服务器的网络数据包来分析数据键并提供实时的统计信息，包括数据的大小、请求速率和占用的带宽。这样就可以在不影响服务器的情况下找出有问题的数据键。

memsniff的灵感来自于Etsy的mctop和Tumblr的memkeys，它在高负载的情况下仍然可以处理几乎所有的网络包（超过99.99%）。它使用了golang的多线程原语，并不会占用太多的CPU或内存，如下图所示。

安装memsniff

memsniff使用了标准的golang toolchain，如果已经安装了golang toolchain，并设置了GOPATH环境变量，那么可以通过如下的命令来构建memsniff。

$ go get github.com/box/memsniff
$ go build github.com/box/memsniff

使用memsniff

memsniff需要超级用户权限来捕捉网络数据包，通过 -i 参数来指定网卡接口。

$ sudo memsniff -i eth0

memsniff也可以从tcpdump的数据包转储文件中读取数据。

$ sudo memsniff -r eth0.pcap

memsniff的GitHub主页上提供了更多的参数说明。

memsniff的原理

1. 使用GoPacket从libpcap主线程抓取原始数据包。
2. 解码工作线程解析原始数据包中的memcached协议部分，找出GET请求的响应消息，从中抽取数据键和数据项大小。
3. 抽取出来的概要信息被发送给分析工具，并根据数据键进行分区，每一个工作线程持有一个分区。
4. 分析工具合并各个工作线程的报告，将其展示给UI用户。

memsniff的性能

在一台配备了英特尔Xeon E5-2470处理器的服务器上运行memcached，每秒钟处理35万个左右的请求，得出如下的数据。

使用了4-5个核（20个左右的线程，每个20%左右的CPU使用率）

• 处理100%数据包

  • 展示了99.99%的数据包，说明一直有一小部分数据包在启动时被丢弃。
  • 在发生热键问题的时候，网络接口出现饱和，仍然可以处理99.9%的数据包。

• 使用40MB左右的堆内存

• 100MB左右的RSS（可以通过GOGC进行调整）
• 平均GC停顿0.6毫秒
• 最大GC停顿2.0毫秒

memsniff路线图

更多的功能

• TCP stream重组：get-miss跟踪、支持二进制协议，支持redis
• 触发器（例如在发生热键问题时发出告警）
• 在达到某些条件时自动记录日志（例如某个数据键的流量达到设定的阈值）
• 通过过滤器限制数据集
• 跟踪单个请求和响应
• 根据客户端IP限制流量

功能改进

• 支持指定memcached服务器端口
• 支持更多的排序方式
• 支持同时监听多个服务器
• 支持GET以外的操作
• 视图过滤
• 支持创建稳定的报告，并输出到磁盘
• 提供工具用于构建其他格式的包（如deb、rpm等）