Хабрахабр

Используем mcrouter для горизонтального масштабирования memcached

В данной заметке речь пойдет про знакомую всем боль с распределенным хранением сессий и кэшировании данных в memcached и о том, как мы решали эти проблемы в одном «подопечном» проекте. Разработка высоконагруженных проектов на любом языке требует особого подхода и применения специальных инструментов, но когда речь заходит о приложениях на PHP, ситуация может обостриться настолько, что приходится разрабатывать, к примеру, собственный сервер приложений.

3, обновлять который в планы бизнеса совсем не входит. Виновник торжества — приложение на PHP, базирующееся на фреймворке symfony 2. В такой ситуации поломка memcached становится фатальной для работы приложения. Помимо вполне стандартного хранения сессий в этом проекте вовсю использовалась политика «кэширования всего» в memcached: ответов на запросы к БД и API-серверам, различных флагов, блокировок для синхронизации выполнения кода и многого другого. Стабилизация ситуации может занять десятки минут, а в это время сервис будет жутко тормозить или вовсе станет недоступным. Вдобавок, потеря кэша ведет к серьезным последствиям: СУБД начинает трещать по швам, API-сервисы — банить запросы и т.д.

с минимальными изменениями исходного кода и полным сохранением функциональности. Нам потребовалось обеспечить возможность горизонтального масштабирования приложения малой кровью, т.е. Сделать кэш не только устойчивым к отказам, но и постараться минимизировать потери данных из него.

Что не так с самим memcached?

Вообще, расширение memcached для PHP «из коробки» поддерживает распределенное хранение данных и сессий. Механизм консистентного хеширования ключей позволяет равномерно размещать данные на многих серверах, однозначно адресуя каждый конкретный ключ определенному серверу из группы, а встроенные средства failover'а обеспечивают высокую доступность сервиса кэширования (но, к сожалению, не данных).

Однако, если сервер вернется в строй без данных (как обычно бывает после рестарта), часть ключей будет перераспределена в его пользу. С хранением сессий дела обстоят немного лучше: можно настроить memcached.sess_number_of_replicas, в результате чего данные будут сохраняться сразу на несколько серверов, а в случае отказа одного экземпляра memcached данные будут отдаваться с других. Фактически это будет означать потерю данных сессии, так как нет возможности «сходить» в другую реплику в случае промаха.

Однако в нашей ситуации объем хранимых данных не превышает нескольких гигабайт, да и производительности одного-двух узлов вполне хватает. Стандартные средства библиотеки направлены, в основном, именно на горизонтальное масштабирование: они позволяют увеличить кэш до гигантских размеров и обеспечить доступ к нему из кода, размещенного на разных серверах. Впрочем, даже этой возможностью воспользоваться не получилось… Здесь следует напомнить про древность фреймворка, использованного в проекте, из-за чего заставить работать приложение с пулом серверов никак не удавалось. Соответственно, из полезного штатные средства могли бы лишь обеспечить доступность memcached при сохранении хотя бы одного экземпляра кэша в рабочем состоянии. Не будем также забывать о потерях данных сессий: от массового разлогинивания пользователей у заказчика дергался глаз.

Реализовать эту стратегию нам помог mcrouter. В идеале требовалась репликация записи в memcached и обход реплик в случае промаха или ошибки.

mcrouter

Это роутер для memcached, разработанный компанией Facebook с целью решения её проблем. Он поддерживает текстовый протокол memcached, который позволяет масштабировать инсталляции memcached до безумных размеров. Подробное описание mcrouter можно найти в этом анонсе. Помимо прочей широкой функциональности он может то, что нужно нам:

  • реплицировать запись;
  • делать fallback на другие сервера группы в случае возникновения ошибки.

За дело!

Конфигурация mcrouter

Перейду сразу к конфигу:

, "pool01": { "servers": [ "mc-1.mc:11211", "mc-2.mc:11211", "mc-0.mc:11211" }, "pool02": { "servers": [ "mc-2.mc:11211", "mc-0.mc:11211", "mc-1.mc:11211" }, "route": { "type": "OperationSelectorRoute", "default_policy": "AllMajorityRoute|Pool|pool00", "operation_policies": { "get": { "type": "RandomRoute", "children": [ "MissFailoverRoute|Pool|pool02", "MissFailoverRoute|Pool|pool00", "MissFailoverRoute|Pool|pool01" ] } } }
}

Почему три пула? Почему повторяются серверы? Давайте разберемся, как это работает.

  • В данной конфигурации mcrouter выбирает путь, по которому будет отправлен запрос исходя из команды запроса. Об этом ему говорит тип OperationSelectorRoute.
  • GET-запросы попадают в обработчик RandomRoute, который случайным образом выбирает пул или маршрут среди объектов массива children. Каждый элемент этого массива в свою очередь является обработчиком MissFailoverRoute, который пройдется по каждому серверу в пуле, пока не получит ответ с данными, что и будет возвращен клиенту.
  • Если бы мы использовали исключительно MissFailoverRoute с пулом из трех серверов, то все запросы приходили бы сперва на первый экземпляр memcached, а остальные получали бы запросы по остаточному принципу, когда данные отсутствуют. Такой подход привел бы к чрезмерной нагрузке первого в списке сервера, поэтому и было решено сгенерировать три пула с адресами в разной последовательности и выбирать их случайным образом.
  • Все остальные запросы (а это запись) обрабатываются с помощью AllMajorityRoute. Данный обработчик отправляет запросы на все серверы пула и ждет ответов, как минимум, от N/2 + 1 из них. От использования AllSyncRoute для операций записи пришлось отказаться, так как данный метод требует положительного ответа от всех серверов группы — в противном случае он возвратит SERVER_ERROR. Хоть при этом mcrouter и сложит данные в доступные кэши, но вызывающая функция PHP возвратит ошибку и сгенерирует notice. AllMajorityRoute не столь строг и позволяет выводить до половины узлов из эксплуатации без вышеописанных проблем.

Основной минус этой схемы в том, что если данных в кэше действительно нет, то на каждый запрос от клиента фактически будет выполнено N запросов к memcached — ко всем серверам в пуле. Можно сократить количество серверов в пулах, например, до двух: жертвуя надежностью хранения, мы получим большую скорость и меньшую нагрузку от запросов к отсутствующим ключам.

NB: Полезными ссылками для изучения mcrouter могут также оказаться документация в wiki и issues проекта (в том числе и закрытые), представляющие целый кладезь различных конфигураций.

Сборка и запуск mcrouter

Приложение (и сам memcached) у нас работает в Kubernetes — соответственно, там же место и mcrouter. Для сборки контейнера мы используем werf, конфиг для которого будет выглядеть следующим образом:

NB: Листинги, приведённые в статье, опубликованы в репозитории flant/mcrouter.

configVersion: 1
project: mcrouter
deploy: namespace: '[[ env ]]' helmRelease: '[[ project ]]-[[ env ]]'
---
image: mcrouter
from: ubuntu:16.04
mount:
- from: tmp_dir to: /var/lib/apt/lists
- from: build_dir to: /var/cache/apt
ansible: beforeInstall: - name: Install prerequisites apt: name: [ 'apt-transport-https', 'tzdata', 'locales' ] update_cache: yes - name: Add mcrouter APT key apt_key: url: https://facebook.github.io/mcrouter/debrepo/xenial/PUBLIC.KEY - name: Add mcrouter Repo apt_repository: repo: deb https://facebook.github.io/mcrouter/debrepo/xenial xenial contrib filename: mcrouter update_cache: yes - name: Set timezone timezone: name: "Europe/Moscow" - name: Ensure a locale exists locale_gen: name: en_US.UTF-8 state: present install: - name: Install mcrouter apt: name: [ 'mcrouter' ]

(werf.yaml)

Из интересного — здесь только генератор конфига от количества реплик (если у кого-то есть более лаконичный и элегантный вариант — делитесь в комментариях): … и набрасываем Helm-чарт.

{{- $count := (pluck .Values.global.env .Values.memcached.replicas | first | default .Values.memcached.replicas._default | int) -}}
{{- $pools := dict -}}
{{- $servers := list -}}
{{- /* Заполняем массив двумя копиями серверов: "0 1 2 0 1 2" */ -}}
{{- range until 2 -}} {{- range $i, $_ := until $count -}} {{- $servers = append $servers (printf "mc-%d.mc:11211" $i) -}} {{- end -}}
{{- end -}}
{{- /* Смещаясь по массиву, получаем N срезов: "[0 1 2] [1 2 0] [2 0 1]" */ -}}
{{- range $i, $_ := until $count -}} {{- $pool := dict "servers" (slice $servers $i (add $i $count)) -}} {{- $_ := set $pools (printf "MissFailoverRoute|Pool|pool%02d" $i) $pool -}}
{{- end -}}
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata: name: mcrouter
data: config.json: | { "pools": {{- $pools | toJson | replace "MissFailoverRoute|Pool|" "" -}}, "route": { "type": "OperationSelectorRoute", "default_policy": "AllMajorityRoute|Pool|pool00", "operation_policies": { "get": { "type": "RandomRoute", "children": {{- keys $pools | toJson }} } } } }

(10-mcrouter.yaml)

Выкатываем в тестовое окружение и проверяем:

# php -a
Interactive mode enabled php > # Проверяем запись и чтение
php > $m = new Memcached();
php > $m->addServer('mcrouter', 11211);
php > var_dump($m->set('test', 'value'));
bool(true)
php > var_dump($m->get('test'));
string(5) "value"
php > # Работает! Тестируем работу сессий:
php > ini_set('session.save_handler', 'memcached');
php > ini_set('session.save_path', 'mcrouter:11211');
php > var_dump(session_start());
PHP Warning: Uncaught Error: Failed to create session ID: memcached (path: mcrouter:11211) in php shell code:1
Stack trace:
#0 php shell code(1): session_start()
#1 {main} thrown in php shell code on line 1
php > # Не заводится… Попробуем задать session_id:
php > session_id("zzz");
php > var_dump(session_start());
PHP Warning: session_start(): Cannot send session cookie - headers already sent by (output started at php shell code:1) in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to write session lock: UNKNOWN READ FAILURE in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Unable to clear session lock record in php shell code on line 1
PHP Warning: session_start(): Failed to read session data: memcached (path: mcrouter:11211) in php shell code on line 1
bool(false)
php >

Поиск по тексту ошибки результата не дал, однако по запросу «mcrouter php» в первых рядах значилась старейшая незакрытая проблема проекта — отсутствие поддержки бинарного протокола memcached.

Но проблем для конкретного случая это не создаёт. NB: ASCII-протокол в memcached медленнее бинарного, а также штатные средства консистентного хэширования ключей работают только с бинарным протоколом.

Однако в данном случае привычка искать ответы в документации на php.net сыграла злую шутку. Дело в шляпе: осталось лишь переключиться на ASCII-протокол и всё заработает…. Правильного ответа вы там не найдете… если, конечно, не долистаете до конца, где в секции «User contributed notes» будет верный и незаслуженно заминусованный ответ.

Её необходимо отключить, после чего сессии начнут работать. Да, правильное название опции — memcached.sess_binary_protocol. Осталось лишь положить контейнер с mcrouter в pod с PHP!

Заключение

Таким образом, одними лишь инфраструктурными изменениями нам удалось решить поставленную задачу: вопрос с отказоустойчивостью memcached решен, надежность хранения кэша повышена. Помимо очевидных плюсов для приложения это дало пространство для маневра при проведении работ над платформой: когда все компоненты имеют резерв, жизнь администратора сильно упрощается. Да, этот метод имеет и свои недостатки, может выглядеть «костылем», но если он экономит деньги, хоронит проблему и не вызывает новых — почему бы и нет?

P.S.

Читайте также в нашем блоге:

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть