varnish介绍
缓存开源解决方案：
- varnish
- 充分利用epoll机制（能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率），并发量大，单连接资源较轻
- squid
- 在较大并发下，稳点性好，老当益壮
varnish：是一个轻量级的Cache和高性能的反向代理软件，通常为httpd提供缓存。
官方站点： http://www.varnish-cache.org/
varnish架构：
varnish拥有俩套配置文件；一套配置文件用于varnish自身进程的参数配置，另一套用于定义缓存规则；定义缓存规则需要使用灵活的语言来定义，这就是VCL（varnish语言）；应用时需要将VCL编写的规则送给VCC编译后才能运行，所以安装varnish需要依赖gcc编译器。
- Manager Process
- 管理进程，相当于nginx的主控进程，不处理用户请求
- Cacher Process
- 线程Storage：完成缓存存储管理
- 线程Log/Stats：日志记录----->存入共享内存Shared Memory Log中
- 线程Worker threads：真正处理用户请求，通过线程池来定义，最大并发（线程池*线程池最大并发）
- shared memory log
- varnishlog：读取日志文件，保存在磁盘中
- varnishstat：读取统计数据，计数器
- VCL配置接口：varnish配置语言
- varnishadm：让varnish加载新配置文件
- VCC Process：varnish的c编译器
安装（centos 7中varnish被收入epel仓库）
yum -y install varnish
程序环境
配置文件：
- /etc/varnish/varnish.params（/etc/sysconfig/varnishd）：配置varnish服务进程的工作特性（监听地址和端口，缓存机制等）
- /etc/varnish/default.vcl：配置各Child/Cache线程的工作特性
主程序：
- /usr/sbin/varnishd
CLI interface：
- /usr/bin/varnishadmin：通过此管理工具，完成与Manager Process的交互，进而控制varnish的工作特性
Share Memory Log交互工具：
- /usr/bin/varnishhist：日志历史
- /usr/binvarnishlog：记录详细log（请求报文首部，响应报文首部等）
- /usr/bin/varnishcsa：格式化记录日志
- /usr/bin/varnishstat：日志统计
- /usr/bin/varnishtop：日志排序分析
测试工具程序：
- /usr/bin/varnishtest
VCL配置文件重载程序：
- /usr/sbin/varnish_reload_vcl：此程序会编译配置文件
Systemd Unit File：
- /usr/lib/systemd/system/varnish.service：varnish服务
- /usr/lib/systemd/system/varnishlog.service：原始记录日志（保存磁在盘上）
- /usr/lib/systemd/system/varnishncsa.service：ncsa格式日志（保存磁在盘上）
arnish的缓存存储机制（Storage Types）：
- malloc[,size]：内存存储，[,size]用于定义空间大小，重启后所有缓存项失效
- file[,path[,size[,granularity]]]：文件存储，黑盒，重启后所有缓存项失效
- persistent,path,size：文件存储，黑盒，重启后所有缓存项有效（试验阶段）
varnish的程序选项
- 程序选项：/etc/varnish/varnish.params文件;
- -a address[:port][,address[:port][...]：默认为6081端口;
- -T address[:port]：默认为6082端口;
- -s [name=]type[,options]：定义缓存存储机制；
- -u user
- -g group
- -f config：VCL配置文件；
- -F：运行于前台；
- 运行时参数：/etc/varnish/varnish.params文件， DEAMON_OPTS
- DAEMON_OPTS="-p thread_pool_min=5 -p thread_pool_max=500 -p thread_pool_timeout=300"
- -p param=value：设定运行参数及其值，可重复使用多次
- -r param[,param...]：设定指定的参数为只读状态
重载vcl配置文件：
# varnish_reload_vcl
varnishadm
# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1: #登录管理程序
help [<command>] 获取帮助
ping [<timestamp>] 测试服务器
auth <response>
quit 退出cli
banner
status 显示状态
start 启动
stop 停止
vcl.load <configname> <filename> 加载VCL配置文件
vcl.inline <configname> <quoted_VCLstring>
vcl.use <configname> 激活VCL配置文件
vcl.discard <configname> 删除VCL配置
vcl.list 列出VCL配置
param.show [-l] [<param>] 列出当前运行的参数
param.set <param> <value> 运行参数临时调整
panic.show
panic.clear
storage.list 列出数据存储信息
vcl.show [-v] <configname> 列出VCL详细配置
backend.list [<backend_expression>] 列出后端服务器
backend.set_health <backend_expression> <state>
ban <field> <operator> <arg> [&& <field> <oper> <arg>]...
ban.list
配置文件
默认配置文件：
RELOAD_VCL=
VARNISH_VCL_CONF=/etc/varnish/default.vcl #指定加载VCL配置文件
VARNISH_LISTEN_ADDRESS=192.168.1.5 #服务监听的地址
VARNISH_LISTEN_PORT= #默认监听端口
VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS=127.0.0.1 #管理服务监听的地址
VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT= #管理服务监听的端口
VARNISH_SECRET_FILE=/etc/varnish/secret #连接秘钥
VARNISH_STORAGE="malloc,256M" #用内存提供保存缓存,大小为256M
VARNISH_USER=varnish #用户身份
VARNISH_GROUP=varnish #组身份
DAEMON_OPTS="-p thread_pool_min=5 -p thread_pool_max=500 -p thread_pool_timeout=300" #指定进程的运行参数
缓存流程图解
- 一个请求进入，varnish收下这个请求，判断是否对这个请求做处理
- 访问控制，直接拒绝
- 请求方法不识别，直接找后端服务器响应
- 正常请求，进入下一步
- 查询此请求方法是否能缓存
- 不能缓存（如post，put），交给vcl_fetcg，由vcl_fetch投递给后端服务器响应
- 能缓存，进入下一步
- vcl_hash基于hash查找缓存中是否有对应资源
- 如果命中，从本地缓存中直接响应给客户端
- 若未命中，通过vcl_fetch到后端服务器取回资源，然后先缓存，再响应给客户端
VCL
Varnish配置语言（VCL）是一种特定于域的语言，用于描述Varnish Cache的请求处理和文档缓存策略。加载新配置时，由Manager进程创建的VCC进程将VCL代码转换为C.此C代码通常由gcc共享对象编译。然后将共享对象加载到cacher进程中。
VCL状态引擎切换
- vcl_recv收到请求，查找vcl_hash
- 若命中（传递值hit）,交由vcl_hit
- hit命中，直接从缓存中响应，交由vcl_deliver投递给客户端
- vcl_hash -(hit)-> vcl_hit --> vcl_deliver
- 未命中（传递值miss），交由vcl_miss
- 交由vcl_backend_fetch请求后端服务器
- vcl_hash -(miss)-> vcl_miss --> vcl_backend_fetch --> vcl_backend_response --> vcl_deliver
- 若要删除缓存项（传递值purge）,交由vcl_purge
- 交由vcl_synh管理缓存，删除对应缓存
- vcl_hash -(purge)-> vcl_purge --> vcl_synth
- 若不能理解请求（传递值pipe）,交由vcl_pipe，请求被直接送至后端服务器
- vcl_hash -(pipe)-> vcl_pipe
- 并发连接超出（传递值busy），进入waiting状态，会等待重新请求查询缓存
- 传递值（pass，hit-for-pass），交由vcl_pass
- vcl_hit和vcl_miss也能交由给pass
- 两个特殊引擎：
- vcl_init：在处理任何请求之前要执行的vcl代码：主要用于初始化vMODS
- vcl_fini：所有的请求都已经结束，在vcl配置被丢弃时调用，主要用于清理vMODS
vainish默认的VCL配置
默认VCL配置也叫做隐式规则，在配置文件中无法看到，即使我们修改了配置文件，默认配置规则也是在最后做处理。
varnish> vcl.show -v boot #在客户端cli工具中查看
sub vcl_recv {
if (req.method == "PRI") { #如果客户端的请求方法是PRI，不支持SPDY或HTTP/2.0
return (synth()); #则构建一个405的包响应给客户端
}
if (req.method != "GET" && #如果客户端的请求方法不是GET
req.method != "HEAD" && #并且不是HEAD
req.method != "PUT" && #并且不是PUT
req.method != "POST" && #并且不是...
req.method != "TRACE" &&
req.method != "OPTIONS" &&
req.method != "DELETE") {
return (pipe); #即，不是标准HTTP请求方法的交给pipe（管道）
}
if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") { #请求方法不是GET和HEAD的
return (pass); #交给pass处理，也就是除了GAT和HEAD方法其他的无法缓存
}
if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) { #http的请求首部包含Authorization（认证）或Cookie，即个人专有信息
return (pass); #交给pass处理，因为这些带有个人信息的数据无法缓存
}
return (hash); #以上的规则都没有做处理的请求交给hash做处理，剩下的是可以查询缓存的请求了
} sub vcl_pipe
sub vcl_pass
sub vcl_hash
sub vcl_purge
sub vcl_hit
sub vcl_miss
sub vcl_deliver
sub vcl_synth
sub vcl_backend_fetch
sub vcl_backend_response
sub vcl_backend_error
sub vcl_init
sub vcl_fini
VCL语法格式
- 文件开始要注明vcl版本号：vcl 4.0；
- //,#,/*,*/为注释
- 子例行Subroutines使用sub关键字；例如sub_recv {...};
- 不支持循环，但支持条件语法，支持內建变量（受限于引擎）
- 使用一个keyword基于return函数终止当前状态引擎，并决定交给哪一个状态引擎
- “域”专用配置，在一个状态引擎中的配置只对当前状态引擎有效
VCL Finite State MAchine
- 每一个请求被单独处理
- 请求和请求间任何时间都是隔离的
- 各状态引擎有相关性，通过return连接
- 內建VCL code一直有效，并附加在自建的代码之后（vcl.show -v boot）
三类主要语法
- sub subroutine {
...
}
- if CONDITION {
...
} else {
...
}
- return(), hash_data()内建函数
regsub(str,regex,sub):字符串为str，根据正则regex模式匹配，把匹配到的内容替换为sub，只替换一次
regsuball(str,regex,sub)：和regsub相同，替换所有
ban(boolean expression)：符合表达式的都清理
hash_data(input)：对input做hash计算
synthetic(str)
hash_data()：指明哈希计算的数据；减少差异，以提升命中率
regsub(str,regex,sub)：把str中被regex第一次匹配到字符串替换为sub；主要用于URL Rewrite
regsuball(str,regex,sub)：把str中被regex每一次匹配到字符串均替换为sub
return()
ban(expression)
ban_url(regex)：Bans所有的其URL可以被此处的regex匹配到的缓存对象
synth(status,"STRING")：生成响应报文
Keywords
call subroutine：调用子例行程序
return(action):指明下一个动作
new
set：设定变量的值
unset：取消变量的值
布尔型表达式操作符
==,！=,~,>,>=,<,<=
逻辑操作符：&&，||，！
变量赋值：=
示例：obj.hits是内建变量，用于保存某缓存项从缓存中命中的次数
# vim /etc/varnish/varnish.params
VARNISH_LISTEN_PORT=6081 #监听端口默认是监听在本机的所有低智商的端口
# vim /etc/varnish/default.vcl
backend default {
.host = "192.168.130.10"; #后端服务器的地址
.port = ""; #后端服务器的端口号
}
sub vcl_deliver { #
if (obj.hits>) {
set resp.http.X-Cache = "HIT via" + " " + server.ip;
} else {
set resp.http.X-Cache = "MISS from " + server.ip;
}
}
# systemctl restart varnish #谨慎重启varnish服务，会导致之前的缓存失效
#yum install httpd #在后端安装
#systemctl start http #启动服务
# echo X-Cache > /var/www/html/index.html #在后端服务器上添加页面
# for i in {..};do curl -I -s 192.168.130.8: | grep "X-Cache"; done #在客户端访问
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
变量类型
示例： 强制对某类资源的请求不检查缓存
# vim /etc/varnish/default.vcl
sub vcl_recv {
if (req.url ~ "(?i)^/(login|admin)") { #"?i"表示忽略大小写，匹配到url中带有login或admin的不查询缓存
return(pass);
}
}
# varnish_reload_vcl
# for i in {..};do curl -I -s 192.168.130.8:/login | grep "X-Cache"; done #在客户端访问/login全部MISS
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
# for i in {..};do curl -I -s 192.168.130.8:/admin | grep "X-Cache"; done #在客户端访问/admin全部MISS
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: MISS from192.168.130.
# for i in {..};do curl -I -s 192.168.130.8:/ | grep "X-Cache"; done #在客户端访问其他页面正常缓存查询
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
示例：对于特定类型的资源，例如公开的图片等，取消其私有标识，并强行设定其可以由varnish缓存的时长
sub vcl_backend_response {
if (beresp.http.cache-control !~ "s-maxage") {
if (bereq.url ~ "(?i)\.(jpg|jpeg|png|gif|css|js)$") {
unset beresp.http.Set-Cookie;
set beresp.ttl = 3600s;
}
}
}示例：在报文首部添加真正的客户端IP，使得后端server可以记录真正客户端来源
# vim /etc/varnish/default.vcl
sub vcl_recv {
if (req.restarts == ) { #匹配没有被重写的URL请求，即第一次请求
if (req.http.X-Forwarded-For) { #变量存在并且有值则为真
set req.http.X-Forwarded-For = req.http.X-Forwarded-For + "," + client.ip; #将真正的client.ip添加到此变量中，用","隔开
} else {
set req.http.X-Forwarded-For = client.ip; #如果变量不存在或值为空，则直接将client.ip赋值与
}
}
}
# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:
varnish> vcl.load conf1 /etc/varnish/default.vcl
varnish> vcl.use conf1
varnish> vcl.list
available boot
available reload_2018--14T09::
active conf1 #当前正在使用的配置
[root@web ~]# vim /etc/httpd/conf/httpd.conf
LogFormat "%{X-Forwarded-For}i %l %u %t \"%r\" %>s %b \"%{Referer}i\" \"%{User-Agent}i\"" combined
[root@web ~]# systemctl restart httpd
[root@client ~]# for i in {..}; do curl -I -s http://192.168.130.8:6081/admin |grep "X-Cache"; done #在客户端访问
X-Cache: MISS from192.168.130.
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
X-Cache: HTT via 192.168.130.8
[root@web ~]# tail /var/log/httpd/access_log
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /login HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /login HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /login HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /admin HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /admin HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /admin HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /admin HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "HEAD /admin HTTP/1.1" - "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.8 - - [/Jul/::: +] "GET / HTTP/1.1" "-" "curl/7.29.0"
192.168.130.7,192.168.130.7 - - [/Jul/::: +] "GET /admin HTTP/1.1" "-" "curl/7.29.0"#拿到了真正客户端IP，而不是之前的varnish服务器的IP
示例：访问控制，拒绝curl客户端的访问
sub vcl_recv {
if(req.http.User-Agent ~ "curl") {
return(synth());
}
}缓存对象的修剪：purge
一般在发布新版的内容时需要将缓存清零，然后重新加载新的缓存。
1) 能执行purge操作
sub vcl_purge {
return (synth(,"Purged"));
}2) 何时执行purge操作
sub vcl_recv {
if (req.method == "PURGE") {
return(purge);
}
...
}示例：清除指定缓存
# vim /etc/varnish/default.vcl
acl purgers {
"127.0.0.0"/;
"192.168.0.0"/;
}
sub vcl_recv {
if (req.method == "PURGE") {
if (!client.ip ~ purgers) {
return(synth(,"Purging not allowed for " + client.ip));
}
return(purge);
}
}
varnish> vcl.load conf3 /etc/varnish/default.vcl
varnish> vcl.use conf3
[root@client ~]# curl -I http://192.168.130.8：6081/
HTTP/1.1 OK
Date: Sun, Jul :: GMT
Server: Apache/2.4. (CentOS)
Last-Modified: Sun, Jul :: GMT
ETag: "8-57105141f79f4"
Content-Length:
Content-Type: text/html; charset=UTF-
X-Varnish:
Age:
Via: 1.1 varnish-v4
X-Cache: HTT via 192.168.130.8 #从缓存中获取
Connection: keep-alive
[root@client ~]# curl -I -X "PURGE" http://192.168.130.8：6081/ #清除缓存
HTTP/1.1 405 Purging not allowed for 192.168.130.7 #客户端IP
Date: Sun, Jul :: GMT
Server: Varnish
X-Varnish:
Content-Type: text/html; charset=utf-
Retry-After:
Content-Length:
Connection: keep-alive
[root@client ~]# curl -I http://192.168.130.8：6081/
HTTP/1.1 OK
Date: Sun, Jul :: GMT
Server: Apache/2.4. (CentOS)
Last-Modified: Sun, Jul :: GMT
ETag: "8-57105141f79f4"
Content-Length:
Content-Type: text/html; charset=UTF-
X-Varnish:
Age:
Via: 1.1 varnish-v4
X-Cache: MISS from192.168.130.8 #不从缓存中获取
Connection: keep-alive
缓存对象的修剪：Banning
1）varnishadm： ban <field> <operator> <arg>
varnish> ban req.url ~ (?i)^/javascripts
2）在配置文件中定义，使用ban()函数
sub vcl_recv {
if (req.method == "BAN") {
ban("req.http.host == " + req.http.host + " && req.url == " + req.url); #将规则拼接起来传递给ban函数
return(synth(, "Ban added"));
}
}
# curl -I -X "BAN" http://192.168.130.8：6081/javascripts/多个后端主机实现调度功能
1、动静分离示例：
backend default {
.host = "172.20.81.10";
.port = "";
}
backend appsrv {
.host = "172.20.81.11";
.port = "";
}
sub vcl_recv {
if (req.url ~ "(?i)\.php$") {
set req.backend_hint = appsrv;
} else {
set req.backend_hint = default;
}
}2、轮询调度
import directors;
backend srv1 {
.host = "192.168.130.10";
.port = "";
}
backend srv2 {
.host = "192.168.130.11";
.port = "";
}
sub vcl_init {
new websrvs = directors.round_robin(); #round_robin()调度算法，不支持加权
websrvs.add_backend(srv1);
websrvs.add_backend(srv2);
}
sub vcl_recv {
set req.backend_hint = websrvs.backend();
}
3、基于cookie的session sticky
sub vcl_init {
new h = directors.hash();
h.add_backend(one, );
h.add_backend(two, );
}
sub vcl_recv {
set req.backend_hint = h.backend(req.http.cookie);
}4、随机调度，支持权重
sub vcl_init {
new websrvs = directors.random();
websrvs.add_backend(srv1, );
websrvs.add_backend(srv2, );
}5、后端健康检查
.probe：定义健康状态检测方法；
.url：检测时要请求的URL，默认为”/";
.request：发出的具体请求；
.request =
"GET /.healthtest.html HTTP/1.1"
"Host: www.dongfei.tech"
"Connection: close"
.window：基于最近的多少次检查来判断其健康状态；
.threshold：最近.window中定义的这么次检查中至有.threshhold定义的次数是成功的；
.interval：检测频度；
.timeout：超时时长；
.expected_response：期望的响应码，默认为200；
import directors;
probe http_chk {
.url = "/index.html";
.interval = 2s;
.timeout = 2s;
.window = ; #最近10次检查
.threshold = ; #有7次成功则为健康主机
}
backend srv1 {
.host = "192.168.130.10";
.port = "";
.probe = http_chk;
}
backend srv2 {
.host = "192.168.130.11";
.port = "";
.probe = http_chk;
}
sub vcl_init {
new websrvs = directors.random();
websrvs.add_backend(srv1, );
websrvs.add_backend(srv2, );
}
sub vcl_recv {
set req.backend_hint = websrvs.backend();
}
varnish> backend.list #查看后端主机健康状态信息
Backend name Refs Admin Probe
srv1(192.168.0.9,,) probe Healthy /
srv2(192.168.0.10,,) probe Healthy /
varnish> backend.set_health srv1 sick|healthy|auto #手动标记主机状态 down|up|probe
设置后端的主机属性：
backend BE_NAME {
...
.connect_timeout = .5s; #连接超时时间
.first_byte_timeout = 20s; #第一个字节20s不响应则为超时
.between_bytes_timeout = 5s; #第一个字节和第二个字节间隔超时时间
.max_connections = ; #最大连接数
}varnish的运行时参数
最大并发连接数 = thread_pools * thread_pool_max
thread_pools：工作线程数，最好小于或等于CPU核心数量
thread_pool_max：每线程池的最大线程数
thread_pool_min：最大空闲线程数
thread_pool_timeout：空闲超过多长时间被清除
thread_pool_add_delay：生成线程之前等待的时间
thread_pool_destroy_delay：清除超出最大空闲线程数的线程之前等待的时间
日志管理
virnish的日志默认存储在80M的内存空间中，如果日志记录超出了则覆盖前边的日志，服务器重启后丢失；需要更改配置使其永久保存到磁盘
# varnishstat - -f MAIN #指定查看MAIN段的信息
# varnishstat - -f MAIN.cache_hit -f MAIN.cache_miss #显示指定参数的当前统计数据
MAIN.cache_hit 0.00 Cache hits
MAIN.cache_miss 0.01 Cache misses
将日志永久保存到：/var/log/varnish/varnish.log
# systemctl start varnishlog.service