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Varnish 入门

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本文将详细介绍 varnish 的工作流程、安装、配置三个方面。相信阅读完本文,读者能熟练掌握 varnish。

Varnish 简介

Varnish 是一款高性能且开源的反向代理服务器和 HTTP 加速器,其采用全新的软件体系机构,和现在的硬件体系紧密配合,与传统的 squid 相比,varnish 具有性能更高、速度更快、管理更加方便等诸多优点,很多大型的网站都开始尝试使用 varnish 来替换 squid,这些都促进 varnish 迅速发展起来。

挪威的最大的在线报纸 Verdens Gang(vg.no) 使用 3 台 Varnish 代替了原来的 12 台 Squid,性能比以前更好,这是 Varnish 最成功的应用案例。

Varnish 文件缓存的工作流程

Varnish 与一般服务器软件类似,分为 master 进程和 child 进程。Master 进程读入存储配置文件,调用合适的存储类型,然后创建 / 读入相应大小的缓存文件,接着 master 初始化管理该存储空间的结构体,然后 fork 并监控 child 进程。Child 进程在主线程的初始化的过程中,将前面打开的存储文件整个 mmap 到内存中,此时创建并初始化空闲结构体,挂到存储管理结构体,以待分配。Child 进程分配若干线程进行工作,主要包括一些管理线程和很多 worker 线程。

接着,开始真正的工作,varnish 的某个负责接收新 HTTP 连接线程开始等待用户,如果有新的 HTTP 连接过来,它总负责接收,然后唤醒某个等待中的线程,并把具体的处理过程交给它。Worker 线程读入 HTTP 请求的 URI,查找已有的 object,如果命中则直接返回并回复用户。如果没有命中,则需要将所请求的内容,从后端服务器中取过来,存到缓存中,然后再回复。

分配缓存的过程是这样的:它根据所读到 object 的大小,创建相应大小的缓存文件。为了读写方便,程序会把每个 object 的大小变为最接近其大小的内存页面倍数。然后从现有的空闲存储结构体中查找,找到最合适的大小的空闲存储块,分配给它。如果空闲块没有用完,就把多余的内存另外组成一个空闲存储块,挂到管理结构体上。如果缓存已满,就根据 LRU 机制,把最旧的 object 释放掉。

释放缓存的过程是这样的:有一个超时线程,检测缓存中所有 object 的生存期,如果超初设定的 TTL(Time To Live)没有被访问,就删除之,并且释放相应的结构体及存储内存。注意释放时会检查该存储内存块前面或后面的空闲内存块,如果前面或后面的空闲内存和该释放内存是连续的,就将它们合并成更大一块内存。

整个文件缓存的管理,没有考虑文件与内存的关系,实际上是将所有的 object 都考虑是在内存中,如果系统内存不足,系统会自动将其换到 swap 空间,而不需要 varnish 程序去控制。

Varnish 安装

下载 varnish 安装包

建议下载最新稳定版本(现在最新 varnish 版本为 3.0.2),varnish 提供源代码安装包和可执行程序安装包,按照您的习惯下载适合您平台的任一安装包即可。

安装 varnish

源代码安装包安装

首先安装 pcre 库,pcre 库是为兼容正则表达式,如果不安装,在安装 varnish2.0 版本以上时,会提示找不到 pcre 库。以下是 pcre 的安装过程,其代码如清单 1 所示:

清单 1. pcre 库安装代码
     tar zxvf pcre.tar.gz 
     cd pcre/ 
     ./configure --prefix=/usr/local/pcre/ 
     Make && make install

安装 varnish,其代码如清单 2 所示:

清单 2. varnish 安装代码
        tar xzvf varnish-3.0.2.tar.gz 
        cd varnish-3.0.2 
        export PKG_CONFIG_PATH =/usr/local/pcre/lib/pkgconfig 
        ./configure --prefix=/usr/local/varnish  	
        make 
        make install

可执行程序安装包安装

RedHat 系统环境下的安装 varnish,您需要安装以下软件:automake、autoconf、libtool、ncurses-devel、libxslt、groff、pcre-devel、pkgconfig,然后进行 varnish 的安装,安装代码如清单 3 所示:

清单 3. varnish 安装代码
 rpm -i varnish-2.1.4-2.el5.x86_64.rpm

启动 varnish

清单 4. varnish 启动代码
 varnishd -f /etc/varnish/default.vcl -s file,/var/varnish_cache,1G \
 -T 127.0.0.1:2000 -a 0.0.0.0:9082

各参数的含义如下:

-f 指定 varnish 的配置文件位置

-s 指定 varnish 缓存存放的方式,常用的方式有:“-s file,<dir_or_file>,<size>”。

-T address:port 设定 varnish 的 telnet 管理地址及其端口

-a address:port 表示 varnish 对 http 的监听地址及其端口

Varnish 配置

VCL 简介

VCL(varnish configuration language)是 varnish 配置语言,其用来定义 varnish 的存取策略。VCL 语法比较简单,跟 C 和 Perl 比较相似。主要有以下几点:

  • 块是由花括号分隔,语句以分号结束,使用‘ # ’符号可以添加注释。
  • VCL 使用指定运算符“=”、比较运算符“==”、逻辑运算符“!,&&,!!”等形式,还支持正则表达式和用“~”进行 ACL 匹配运算。
  • VCL 没有用户自己定义的变量,你可以在 backend、request 或 object 上设置变量值,采用 set 关键字进行设置。例如 set req.backend = director_employeeui;
  • 两个字符串的连接,他们之间没有任何运算符。代码如清单 5 所示:
清单 5. 字符串连接代码
 set req.http.X-hit = " hit" "it";
  • \”字符在 VCL 里没有特别的含义,这点与其他语言略有不同。
  • VCL 可以使用 set 关键字设置任何 HTTP 头,可以使用 remove 或是 unset 关键字移除 HTTP 头。
  • VCL 有 if/else 的判断语句,但是没有循环语句。

VCL backend

声明并初始化一个后端对象,代码如清单 6 所示

清单 6. backend 声明代码
	 backend www { 
	   .host = "www.example.com"; 
	   .port = "9082"; 
	 }

后端对象的使用,代码如清单 7 所示

清单 7. backend 的使用代码
	 if (req.http.host ~ "^(www.)?example.com$") { 
	    set req.backend = www; 
	 }

VCL 后端的集合 director

VCL 可以把多个 backends 聚合成一个组,这些组被叫做 director,这样可以增强性能和弹力,当组里一个 backend 挂掉后,可以选择另一个健康的 backend。VCL 有多种 director,不同的 director 采用不同的算法选择 backend,主要有以下几种:

  • The random director

Random director 会根据所设置的权值(weight)来选择 backend,.retries 参数表示尝试找到一个 backend 的最大次数,.weight 参数表示权值

  • The round-robin director

Round-robin director 在选择 backend 时,会采用循环的方式依次选择。

  • The client director

Client director 根据 client.identity 来选择 backend,您可以设置 client.identity 的值为 session cookie 来标识 backend。

backend probes

VCL 可以设置 probe 来检测一个 backend 是否健康,定义一个 backend probes 代码如清单 8 所示:

清单 8. 定义 backend probes 代码
	 backend www { 
	  .host = "www.example.com"; 
	  .port = "9082"; 
	  .probe = { 
	    .url = "/test.jpg";// 哪个 url 需要 varnish 请求
	    .timeout = 1 s;// 等待多长时间超时
	    .interval = 5s// 检查的时间间隔
             .window = 5;// 维持 5 个 sliding window 的结果
	    .threshold = 3;// 至少有三次 window 是成功的,就宣告 backend 健康
	  } 
	 }

ACL

ACL 可创建一个客户端的访问控制列表,你可以使用 ACL 控制哪些客户端可以访问,哪些客户端禁止访问。定义 ACL 代码如清单 9 所示:

清单 9. ACL 定义代码
	 Acl local{ 
	   "localhost"; 
	   "192.0.2.0"/24; 
	   !"192.0.2.23";// 除去该 IP 
	 }

VCL 内置函数

vcl_recv 函数

用于接收和处理请求。当请求到达并成功接收后被调用,通过判断请求的数据来决定如何处理请求。例如如何响应、怎么响应、使用哪个后端服务器等。

此函数一般以如下几个关键字结束。

pass:表示进入 pass 模式,把请求控制权交给 vcl_pass 函数。

pipe:表示进入 pipe 模式,把请求控制权交给 vcl_pipe 函数。

lookup:表示进入 lookup 模式,把请求控制权交给 lookup 指令处理,在缓存中查找被请求的对象,并且根据查找的结果把控制权交给函数 vcl_hit 或函数 vcl_miss。

error code [reason]:表示返回“code”给客户端,并放弃处理该请求。“code”是错误标识,例如 200 和 405 等。“reason”是错误提示信息。

vcl_pipe 函数

此函数在进入 pipe 模式时被调用,用于将请求直接传递至后端主机,在请求和返回的内容没有改变的情况下,将不变的内容返回给客户端,直到这个连接被关闭。

此函数一般以如下几个关键字结束。

error code [reason]。

pipe。

vcl_pass 函数

此函数在进入 pass 模式时被调用,用于将请求直接传递至后端主机。后端主机在应答数据后将应答数据发送给客户端,但不进行任何缓存,在当前连接下每次都返回最新的内容。

此函数一般以如下几个关键字结束。

error code [reason]。

pass。

restart 重新启动流程,增加启动次数,如果重新启动次数高于 max_restarts 发出一个错误警告

vcl_hash

当您想把一个数据添加到 hash 上时,调用此函数。

此函数一般以如下几个关键字结束。

Hash。

vcl_hit 函数

在执行 lookup 指令后,在缓存中找到请求的内容后将自动调用该函数。

此函数一般以如下几个关键字结束。

deliver:表示将找到的内容发送给客户端,并把控制权交给函数 vcl_deliver。

error code [reason] 。

pass。

restart 重新启动流程,增加启动次数,如果重新启动次数高于 max_restarts 发出一个错误警告

vcl_miss 函数

在执行 lookup 指令后,在缓存中没有找到请求的内容时自动调用该方法。此函数可用于判断是否需要从后端服务器获取内容。

此函数一般以如下几个关键字结束。

fetch:表示从后端获取请求的内容,并把控制权交给 vcl_fetch 函数。

error code [reason] 。

pass。

vcl_fetch 函数

在后端主机更新缓存并且获取内容后调用该方法,接着,通过判断获取的内容来决定是将内容放入缓存,还是直接返回给客户端。

此函数一般以如下几个关键字结束。

error code [reason]。

pass。

deliver。

esi。

restart 重新启动流程,增加启动次数,如果重新启动次数高于 max_restarts 发出一个错误警告

vcl_deliver 函数

将在缓存中找到请求的内容发送给客户端前调用此方法。

此函数一般以如下几个关键字结束。

error code [reason]。

deliver。

restart 重新启动流程,增加启动次数,如果重新启动次数高于 max_restarts 发出一个错误警告

vcl_error

出现错误时调用此函数。

此函数一般以如下几个关键字结束。

deliver。

restart。

VCL 处理流程

VCL 处理的流程图如图 1 所示

图 1.VCL 处理流程
图 1.VCL 处理流程
图 1.VCL 处理流程

Varnish 处理 HTTP 请求的过程大致分为如下几个步骤。

  • Receive 状态(vcl_recv)。也就是请求处理的入口状态,根据 VCL 规则判断该请求应该 pass(vcl_pass)或是 pipe(vcl_pipe),还是进入 lookup(本地查询)。
  • Lookup 状态。进入该状态后,会在 hash 表中查找数据,若找到,则进入 hit(vcl_hit)状态,否则进入 miss(vcl_miss)状态。
  • Pass(vcl_pass)状态。在此状态下,会直接进入后端请求,即进入 fetch(vcl_fetch)状态
  • Fetch(vcl_fetch)状态。在 fetch 状态下,对请求进行后端获取,发送请求,获得数据,并根据设置进行本地存储。
  • Deliver(vcl_deliver)状态。将获取到的数据发给客户端,然后完成本次请求。

VCL 内置公共变量

VCL 内置的公共变量可以用在不同的 VCL 函数中,下面根据使用的不同阶段进行介绍

当请求到达时,可以使用的公共变量表 1 所示

表 1. 请求到达时可用公共变量
公共变量名 含义
req.backend 指定对应的后端主机
server.ip 表示服务器 IP
client.ip 表示客户端 IP
req.quest 只是请求的类型,例如 GET、HEAD 等
req.url 指定请求的地址
req.proto 表示客户端发起请求的 HTTP 协议版本
req.http.header 表示对应请求中的 HTTP 头部信息
req.restarts 表示重启次数,默认最大值为 4

Varnish 在向后端主机请求时,可是用的公共变量如表 2 所示

表 2. 向后端主机请求时可用公共变量
公共变量名 含义
beresp.requset 指定请求类型,例如 GET、HEAD 等
beresp.url 表示请求地址
beresp.proto 表示客户端发起请求的 HTTP 协议版本
beresp.http.header 表示对应请求中 HTTP 头部信息
beresp.ttl 表示缓存的生存周期,cache 保留时间(s)

从 cache 或是后端主机获取内容后,可以使用的公共变量如表 3 所示

表 3. 后端主机获取内容时可使用公共变量
公共变量名 含义
obj.status 返回内容的请求状态码,例如 200、302、504 等
obj.cacheable 返回的内容是否可以缓存
obj.valid 是否有效的 HTTP 请求
obj.response 返回内容的请求状态信息
obj.proto 返回内容的 HTTP 版本
obj.ttl 返回内容的生存周期,也就是缓存时间,单位秒
obj.lastuse 返回上一次请求到现在的时间间隔,单位秒

对客户端应答时,可以使用的公共变量如表 4 所示

表 4. 对客户端相应时可使用公共变量
公共变量名称 含义
resp.status 返回给客户端的 HTTP 代码状态
resp.proto 返回给客户端的 HTTP 协议版本
resp.http.header 返回给客户端的 HTTP 头部消息
resp.response 返回给客户端的 HTTP 头部状态

VCL 调试

VCL 为配置文件语言,无法像 c/c++ 那样进行单步调试,当 VCL 运行的效果和预期效果不一样时,很难发现哪出现逻辑错误,这时除了查看代码查找错误外,我们还可以采用内置 C 语言和浏览器查看返回对象中的状态来查找逻辑的错误。

我们可以采用内置 C 语言来打印相应的信息,例如我们可以在相应的地方打印信息,来查看 VCL 流程的执行是否正确。内置 C 语言打印信息代码如清单 10 所示:

清单 10. 打印信息代码
      C{ 
	    #include<syslog.h>// 首先要包含头文件
      }C 
      C{ 
	    Syslog(LOG_INFO,"VCL run here in function xxx in line xxx"); 
      }C

启动 varnish 后,我们可以采用 tail -f /var/log/messages 命令在 /var/log/messages 中查看相应的打印信息。查看的打印信息如图 2 所示:

图 2. varnish 打印信息
图 2. varnish 打印信息
图 2. varnish 打印信息

我们还可以将某些变量的值设置到返回给浏览器的对象上,然后在浏览器中查看该变量的值。设置变量值代码如清单 11 所示:

清单 11. varnish 变量设置代码
 set beresp.http.X-Cookie-Debug-req-cookie = req.http.Cookie;

在 chrome 浏览器中查看 beresp.http.X-Cookie-Debug-req-cookie 的值,结果如图 3 所示:

图 3. 在浏览器中查看 varnish 变量的值
图 3. 在浏览器中查看 varnish 变量的值
图 3. 在浏览器中查看 varnish 变量的值

varnish 配置文件代码

见附件

小结

本文介简单介绍了 varnish,并对其工作流程、安装以及配置进行了详细讲解。通过本文,可以很快的掌握 varnish。


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