Memsniff：一个开源的Memcached流量分析工具

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。

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。

memsniff 也可以从 tcpdump 的数据包转储文件中读取数据。

memsniff 的 GitHub 主页上提供了更多的参数说明。

memsniff 的原理

使用 GoPacket 从 libpcap 主线程抓取原始数据包。

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。

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。

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）