メムキャッシュ

メムキャッシュ

開発者	ダンガインタラクティブ
初回リリース	2003年5月22日 ( 2003-05-22 )
安定版リリース	1.6.32 [1]  / 2024年10月20日; 44日前 （2024年10月20日）
リポジトリ	github.com/memcached/memcached
書かれた	Ｃ
オペレーティング·システム	クロスプラットフォーム
タイプ	分散メモリキャッシュシステム
ライセンス	改訂BSDライセンス[2]
Webサイト	メムキャッシュ

Memcached（発音は /mɛmkæʃˈdiː/ mem-cash-deeまたは /ˈmɛmkæʃt/ mem-cashed）は、汎用の分散メモリキャッシュシステムです。データやオブジェクトをRAMにキャッシュして外部データソース（データベースやAPIなど）の読み取り回数を減らすことで、動的なデータベース駆動型Webサイトの速度向上によく使用されます。Memcachedは無料のオープンソースソフトウェアで、改訂BSDライセンスの下でライセンスされています。^{[2] Memcachedは}Unix系オペレーティングシステム（LinuxおよびmacOS）およびMicrosoft Windowsで動作します。libeventライブラリに依存しています。

Memcached のAPI は、複数のマシンに分散された非常に大きなハッシュ テーブルを提供します。テーブルがいっぱいになると、その後の挿入によって、古いデータがLRU (最近使われていない順序) 順に消去されます。^{[3] [4]} Memcached を使用するアプリケーションは、通常、データベースなどの低速なバックアップ ストアにフォールバックする前に、リクエストと追加を RAM に階層化します。

Memcached には、発生する可能性のあるミスを追跡するための内部メカニズムはありません。ただし、一部のサードパーティ ユーティリティはこの機能を提供します。

Memcachedは、2003年5月22日にBrad Fitzpatrickが自身のウェブサイトLiveJournal用に初めて開発しました。 ^{[5] [6]当初は}Perlで書かれていましたが、後にAnatoly VorobeyによってC言語で書き直され、LiveJournalで採用されました。^[7] Memcachedは現在、YouTube、^[8] Reddit、^[9] Facebook、^{[10] [11]} Pinterest、^{[12] [13]} Twitter、^[14] Wikipedia、^[15] Method Studiosなど、他の多くのシステムでも使用されています。^[16] Google App Engine、Google Cloud Platform、Microsoft Azure、IBM Bluemix、Amazon Web ServicesもAPIを通じてMemcachedサービスを提供しています。^{[17] [18] [19] [20]}

このシステムはクライアント サーバーアーキテクチャを使用します。サーバーはキーと値の連想配列を保持し、クライアントはこの配列にデータを入力し、キーでクエリを実行します。キーの長さは最大 250 バイト、値のサイズは最大 1 MBです。

クライアントはクライアント側ライブラリを使用してサーバーに接続します。デフォルトでは、サーバーはポート11211 でサービスを公開します。TCP と UDP の両方がサポートされています。各クライアントはすべてのサーバーを認識しています。サーバーは相互に通信しません。クライアントが特定のキーに対応する値を設定または読み取りたい場合、クライアントのライブラリは最初にキーのハッシュを計算して、使用するサーバーを決定します。これにより、サーバー間でのシンプルな形式のシャーディングとスケーラブルなシェアードナッシング アーキテクチャが実現します。サーバーはキーの 2 番目のハッシュを計算して、対応する値をどこに保存または読み取るかを決定します。サーバーは値を RAM に保持します。サーバーの RAM が不足すると、最も古い値が破棄されます。したがって、クライアントは Memcached を一時的なキャッシュとして扱う必要があります。Memcached に保存されたデータが、必要なときにまだそこにあるとは想定できません。MemcacheDB 、Couchbase Server などの他のデータベースは、Memcachedプロトコルの互換性を維持しながら永続的なストレージを提供します。

すべてのクライアント ライブラリが同じハッシュ アルゴリズムを使用してサーバーを決定する場合、クライアントは互いのキャッシュされたデータを読み取ることができます。

一般的な展開では、複数のサーバーと多数のクライアントが存在します。ただし、Memcached を 1 台のコンピューターで使用し、同時にクライアントとサーバーとして機能することもできます。ハッシュ テーブルのサイズは、多くの場合非常に大きくなります。これは、データ センターのサーバー クラスター内のすべてのサーバーで使用可能なメモリに制限されます。大量の、幅広いユーザーを対象とした Web 公開で必要な場合は、数ギガバイトに及ぶ可能性があります。Memcached は、コンテンツに対する要求数が多い場合や、特定のコンテンツを生成するコストが高い場合にも同様に有用です。

Memcached のほとんどの導入は、クライアントが任意のサーバーに自由に接続できる信頼できるネットワーク内で行われます。ただし、信頼できないネットワークや、接続しているクライアントを管理者が制御したい場所に Memcached が導入される場合があります。この目的のために、Memcached はオプションのSASL認証サポートを使用してコンパイルできます。SASL サポートにはバイナリ プロトコルが必要です。

BlackHat USA 2010でのプレゼンテーションでは、多くの大規模な公開ウェブサイトがMemcachedをデータの検査、分析、取得、変更に対して無防備な状態にしていたことが明らかになりました。^[21]

信頼された組織内であっても、memcached のフラットな信頼モデルはセキュリティに影響する可能性があります。効率性を高めるため、すべての Memcached 操作は平等に扱われます。キャッシュ内の低セキュリティ エントリにアクセスする正当な必要性があるクライアントは、キャッシュ内のすべてのエントリにアクセスできます。これは、エントリが高セキュリティ エントリであり、そのクライアントに正当な必要性がない場合でも当てはまります。キャッシュ キーが予測、推測、または徹底的な検索によって見つかった場合は、そのキャッシュ エントリを取得できます。

大量の Web 公開などの状況では、設定データと読み取りデータを分離する試みが行われる場合があります。外部向けコンテンツ サーバーのファームは、公開されたページまたはページ コンポーネントを含む memcached への読み取りアクセス権を持ちますが、書き込みアクセス権はありません。新しいコンテンツが公開される場合 (まだ memcached にない場合)、代わりに、コンテンツ ユニットを作成して memcached に追加するために、パブリックにアクセスできないコンテンツ生成サーバーにリクエストが送信されます。その後、コンテンツ サーバーはそれを取得して外部に提供しようとします。

2018年2月、CloudFlareは、誤って設定されたmemcachedサーバーが大規模なDDoS攻撃を仕掛けるために使用されたと報告しました。 ^[22] UDP上のmemcachedプロトコルは、 51000を超える巨大な増幅係数を持っています。 ^[23] DDoS攻撃の被害者には、ピーク時に1.35Tbit/sの受信トラフィックで溢れたGitHubが含まれています。 ^[24]

この問題はMemcachedバージョン1.5.6で軽減され、デフォルトでUDPプロトコルが無効になりました。^[25]

このページで説明されているすべての関数は疑似コードのみであることに注意してください。Memcached の呼び出しとプログラミング言語は、使用される API によって異なる場合があります。

データベースまたはオブジェクト作成クエリを Memcached を使用するように変換するのは簡単です。通常、直接データベース クエリを使用する場合、サンプル コードは次のようになります。

 関数get_foo ( int userid ) data = db_select ( "SELECT * FROM users WHERE userid = ?" , userid )データを返す  
        
      

Memcached への変換後、同じ呼び出しは次のようになります。

 function get_foo ( int userid ) /* まずキャッシュを試す */ data = memcached_fetch ( "userrow:" + userid ) if not data /* 見つからない場合: データベースをリクエストする */ data = db_select ( "SELECT * FROM users WHERE userid = ?" , userid ) /* 次に取得するまでキャッシュに保存する */ memcached_add ( "userrow:" + userid , data ) end  
     
         
       
         
            
         
            
     

     データを返す 

クライアントはまず、一意のキー「userrow:userid」を持つ Memcached 値が存在するかどうかを確認します。ここで、userid は数値です。結果が存在しない場合は、通常どおりデータベースから選択し、Memcached API の add 関数呼び出しを使用して一意のキーを設定します。

ただし、この API 呼び出しのみを変更すると、データベース更新アクションの後にサーバーが誤ったデータを取得することになり、Memcached のデータの「ビュー」が古くなります。したがって、「追加」呼び出しの作成に加えて、Memcached の設定関数を使用した更新呼び出しも必要になります。

 function update_foo ( int userid , string dbUpdateString ) /* 最初にデータベースを更新します */ result = db_execute ( dbUpdateString ) if result /* データベースの更新が成功しました: キャッシュに保存するデータを取得します */ data = db_select ( "SELECT * FROM users WHERE userid = ?" , userid ) /* 前の行は次のようになります data = createDataFromDBString(dbUpdateString) */ /* 次に取得するまでキャッシュに保存します */ memcached_set ( "userrow:" + userid , data )    
     
       
      
         
            
         
         
            

この呼び出しは、データベース クエリが成功したと仮定して、現在キャッシュされているデータをデータベースの新しいデータと一致するように更新します。別の方法としては、Memcached の削除関数を使用してキャッシュを無効にし、後続のフェッチでキャッシュ ミスが発生するようにする方法があります。データベース レコードが削除されたときにも、正しいキャッシュまたは不完全なキャッシュを維持するために同様のアクションを実行する必要があります。

代替のキャッシュ無効化戦略は、合意されたキャッシュ エントリに乱数を格納し、この番号を特定の種類のエントリを格納するために使用されるすべてのキーに組み込むことです。このようなエントリをすべて一度に無効化するには、乱数を変更します。既存のエントリ (古い番号を使用して格納されていたもの) は参照されなくなり、最終的には期限切れになるかリサイクルされます。

  function store_xyz_entry ( int key , string value ) /* 乱数を取得します。まだ存在しない場合は 0 を使用します。      * ここで使用するキー名は任意です。 */ seed = memcached_fetch ( ":xyz_seed:" ) if not seed seed = 0 /* エントリを格納するために使用するキーを構築し、それを保存します。      * ここで使用するキー名も任意です。"seed" とユーザーの "key"      は、構築された hashKey 文字列の別々の部分として格納されることに注意してください: ":xyz_data:(seed):(key)."       * これは必須ではありませんが、推奨されます。 */ string hashKey = sprintf ( ":xyz_data:%d:%d" , seed , key ) memcached_set ( hashKey , value )    
      
 
        
        
            
      



           
       

  /* 表示されていない「fetch_entry」は、上記と同じロジックに従います。 */

  function invalidate_xyz_cache () existing_seed = memcached_fetch ( ":xyz_seed:" ) /* 別のランダム シードを生成します */ do seed = rand () until seed != existing_seed /* 合意した場所に保存します。今後のすべてのリクエストではこの番号が使用されます。      * したがって、既存のエントリはすべて参照されなくなり、最終的には期限切れになります。 */ memcached_set ( ":xyz_seed:" , seed ) 
        
      
      
            
         
      

       

• MySQL - バージョン5.6以降ではMemcached APIを直接サポートしています。^[26]
• Oracle Coherence - バージョン12.1.3以降でMemcached APIを直接サポートします。^[27]
• Infinispan - Memcachedを直接サポートします。^[28]

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