Centos 7.5 部署Varnish缓存服务器功能

一、varnish简介

Varnish是高性能开源的反向代理服务器和HTTP缓存服务器,其功能与Squid服务器相似,都可以用来做HTTP缓存。可以安装 varnish 在任何web前端,同时配置它缓存内容。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。有一部分企业已经在生产环境中使用其作为旧版本的 squid的替代方案,以在相同的服务器成本下提供更好的缓存效果,Varnish 更是作为 CDN 缓存服务器的可选服务之一。

varnish的主要特性如下:

缓存位置:可以使用内存也可以使用磁盘。如果要使用磁盘的话推荐 SSD 做 RAID1;

日志存储:日志也存储在内存中。存储策略:固定大小,循环使用;

支持虚拟内存的使用;

有精确的时间管理机制,即缓存的时间属性控制;

状态引擎架构:在不同的引擎上完成对不同的缓存和代理数据进行处理。可以通过特定的配置语言设计不同的控制语句,以决定数据在不同位置以不同方式缓存,在特定的地方对经过的报文进行特定规则的处理;

缓存管理:以二叉堆格式管理缓存数据,做到数据的及时清理。

varnish与squid相比,都是一个反向代理缓存服务器,并且都是开源的,varnish的稳定性很高,并且访问速度很快,因为Squid是从硬盘读取缓存的数据,而Varnish把数据存放在内存中,直接从读取内存,避免了频繁在内存、磁盘中交换文件,所以Varnish要相对更高效,varnish可以支持更多的并发连接,因为varnish的TCP连接释放要比squid快;varnish也可以通过管理端口,使用正则表达式批量的清除部分缓存,而squid是做不到的;squid 属于是单进程使用单核 CPU,但 Varnish 是通过 fork 形式打开多进程来做处理,所以可以合理的使用所有核来处理相应的请求。

上述说了很多varnish的优点,但是varnish也并非完美,其缺点主要有以下两个:

1、varnish 进程一旦 Crash 或者重启,缓存数据都会从内存中完全释放,此时所有请求都会

发送到后端服务器,在高并发情况下,会给后端服务器造成很大压力;

2、在 varnish 使用中如果单个 url 的请求通过 HA/F5 等负载均衡,则每次请求落在不同的varnish 服务器中,造成请求都会被穿透到后端;而且同样的请求在多台服务器上缓存,也会造成 varnish 的缓存的资源浪费,造成性能下降;

Varnish 劣势的解决方案: :

针对劣势一:在访问量很大的情况下推荐使用 varnish 的内存缓存方式启动,而且后面需要跟多台 squid/nginx 服务器。主要为了防止前面的 varnish 服 务、服务器被重启的情况下,大量请求穿透 varnish,这样 squid/nginx 可以就担当第二层 CACHE,而且也弥补了varnish 缓存在内存中重启都会释放的问题;

针对劣势二:可以在负载均衡上做 url 哈希,让单个 url 请求固定请求到一台 varnish 服务器上;

二、Varnish 如何工作

Varnish 的master进程负责启动工作,master进程读取配置文件,根据指定的空间大小(例如管理员分配了2G内存)来创建存储空间,创建并管理child进程;

然后child进程来处理后续任务,它会分配一些线程来执行不同的工作,例如:接受http请求、为缓存对象分配存储空间、清除过期缓存对象、释放空间、碎片整理等。

http请求处理过程如下:

1、有一个专门负责接收http请求的线程,一直监听请求端口,当有请求过来时,负责唤起一个工作线程来处理请求,工作线程会分析http请求的uri,知道了这个请求想要什么,就到缓存中查找是否有这个对象,如果有,就把缓存对象直接返回给用户,如果没有,会把请求转给后端服务器处理,并等待结果,工作线程从后端得到结果内容后,先把内容作为一个缓存对象保存到缓存空间(以备下次请求这个对象时快速响应),然后再把内容返回给用户

分配缓存过程如下:

有一个对象需要缓存时,根据这个对象的大小,到空闲缓存区中查找大小最适合的空闲块,找到后就把这个对象放进去,如果这个对象没有填满这个空闲块,就把剩余的空间做为一个新的空闲块,如果空闲缓存区中没地方了,就要先删除一部分缓存来腾出地方,删除是根据最近最少使用原则。

释放缓存过程如下:

有一个线程来负责缓存的释放工作,他定期检查缓存中所有对象的生存周期,如果某个对象在指定的时间段内没有被访问,就把这个对象删除,释放其占用的缓存空间,释放空间后,检查一下临近的内存空间是否是空闲的,如果是,就整合为一个更大的空闲块,实现空间碎片的整理。

更多varnish特性,请移步至varnish官方网站。

三、部署varnish缓存服务器

环境准备:

三台centos 7.5服务器,IP分别为192.168.20.5、20.4、20.3;

其中IP192.168.20.5为varnish缓存服务器,而另外两台为后端web服务器,分别准备不同的网页文件(我这里将其网页内容更改为其IP),以便验证其缓存效果;

下载我提供的varnish源码包,并上传至varnish服务器。

1、开始部署安装varnish:

[root@varnish ~]# wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo 
#下载阿里镜像站的repo文件
[root@varnish ~]# yum -y install libedit-devel pcre-devel python-docutils  #安装依赖包
[root@varnish ~]# cd /usr/src    #切换至指定目录
[root@varnish src]# rz   #上传我提供的varnish源码包
[root@varnish src]# tar zxf varnish-4.0.3.tar.gz     #解包
[root@varnish src]# cd varnish-4.0.3/      #进入解压后的目录
[root@varnish varnish-4.0.3]# ./configure && make && make install    #编译安装
[root@varnish varnish-4.0.3]# cp etc/example.vcl /usr/local/var/varnish/   #复制模板到指定路径
[root@varnish varnish-4.0.3]# cd !$    #切换到varnish安装目录下
[root@varnish varnish]# vim example.vcl     #编辑其模板配置文件,根据自己所需功能,编写以下内容:
#
# This is an example VCL file for Varnish.
#
# It does not do anything by default, delegating control to the
# builtin VCL. The builtin VCL is called when there is no explicit
# return statement.
#
# See the VCL chapters in the Users Guide at https://www.varnish-cache.org/docs/
# and http://varnish-cache.org/trac/wiki/VCLExamples for more examples.

# Marker to tell the VCL compiler that this VCL has been adapted to the
# new 4.0 format.
vcl 4.0;
import directors;
import std;
# Default backend definition. Set this to point to your content server.
probe backend_healthcheck {
.url="/"; #访问后端服务器根路径
.interval = 5s;  #请求时间间隔
.timeout = 1s;  #请求超时时间
.window = 5;  #指定轮询次数5次
.threshold = 3;  #如果出现3次失败则表示后端服务器宕机
}
backend web1 {  #定义后端服务器
.host = "192.168.20.4"; #要转向主机(即后端主机)的 IP 或域名
.port = "80"; #指定后端服务器的端口号
.probe = backend_healthcheck; #健康检查调用backend_healthcheck定义的内容
}
backend web2 {
.host = "192.168.20.3";   
.port = "80";
.probe = backend_healthcheck;
}
acl purgers { #定义访问控制列表
    "127.0.0.1";
    "localhost";
    "192.168.20.0/24";
    !"192.168.20.4";
}
sub vcl_init {   #调用 vcl_init 初始化子程序创建后端主机组,即 directors
    new web_cluster=directors.round_robin(); #使用 new 关键字创建 drector 对象,使用 round_robin(轮询) 算法
    web_cluster.add_backend(web1);  #添加后端服务器节点
    web_cluster.add_backend(web2);
}
sub vcl_recv {
    set req.backend_hint = web_cluster.backend(); #指定请求的后端节点web_cluster定义的后端节点
    if (req.method == "PURGE") {  #判断客户端的请求头部是否是PURGE
        if (!client.ip ~ purgers) {  #如果是,再判断客户端的IP地址是不是在ACL访问控制列表中.
            return (synth(405, "Not Allowed.")); #如果不是,返回给客户端405状态码并且返回定义的页面.
    }
    return (purge);  #如果是ACL定义的,则交给purge处理.
}
if (req.method != "GET" &&
    req.method != "HEAD" &&
    req.method != "PUT" &&
    req.method != "POST" &&
    req.method != "TRACE" &&
    req.method != "OPTIONS" &&
    req.method != "PATCH" &&
    req.method != "DELETE") {   #判断客户端的请求类型
        return (pipe);
    }
if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") {
    return (pass);   #如果不是GET及HEAD则交给pass.
}
if (req.url ~ "\.(php|asp|aspx|jsp|do|ashx|shtml)($|\?)") {
    return (pass);  #当客户端访问的是.php等结尾的交给pass处理.
}
if (req.http.Authorization) {
    return (pass);  #当客户端请求的页面类型是需要认证的,交给pass处理
}
if (req.http.Accept-Encoding) {
    if (req.url ~ "\.(bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)$") {
    unset req.http.Accept-Encoding;  #取消客户端接收的压缩类型
    } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") {
        set req.http.Accept-Encoding = "gzip"; #如果有gzip类型,标记gzip类型.
    } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") {
        set req.http.Accept-Encoding = "deflate";
    } else {
    unset req.http.Accept-Encoding; #其他未定义的页面也取消客户但接收的压缩类型.
    }
   }
if (req.url ~ "\.(css|js|html|htm|bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)($|\?)") {
    unset req.http.cookie; #取消客户端的cookie值.
    return (hash);  #将请求转发给hash子程序,也就是查看本地缓存.
}
if (req.restarts == 0) { #判断客户端是不是第一次请求
    if (req.http.X-Forwarded-For) {   #如果是第一次请求,设置获取客户端的IP地址.
        set req.http.X-Forwarded-For = req.http.X-Forwarded-For + ", " + client.ip;
    } else {
    set req.http.X-Forwarded-For = client.ip;
    }
}
return (hash);
}
sub vcl_hash {
    hash_data(req.url);  #查看客户端请求的页面,并且进行hash
    if (req.http.host) {
        hash_data(req.http.host); #设置客户端的主机
    } else {
        hash_data(server.ip);  #设置服务器的IP
    }
    return (lookup);
}
sub vcl_hit {
    if (req.method == "PURGE") {  #如果是HIT并且当客户端请求的类型是PURGE返回的200的状态码,并返回相应页面.
        return (synth(200, "Purged."));
    }
    return (deliver);
}

sub vcl_miss {
  if (req.method == "PURGE") {
        return (synth(404, "Purged."));  #如果是miss返回404
    }
    return (fetch);
}
sub vcl_deliver {
    if (obj.hits > 0) {
        set resp.http.CXK = "HIT-from-varnish"; #设置http头部X-Cache =hit
        set resp.http.X-Cache-Hits = obj.hits; #返回命令的次数
    } else {
    set resp.http.X-Cache = "MISS";
    }
    unset resp.http.X-Powered-By; #取消显示web版本
    unset resp.http.Server;  #取消显示varnish服务
    unset resp.http.X-Drupal-Cache;  #取消显示缓存的框架
    unset resp.http.Via;  #取消显示文件内容来源
    unset resp.http.Link; #取消显示HTML的超链接地址
    unset resp.http.X-Varnish; #取消显示varnish的id
    set resp.http.xx_restarts_count = req.restarts;  #设置客户端请求的次数
    set resp.http.xx_Age = resp.http.Age;  #显示缓存文件的时长
    #set resp.http.hit_count = obj.hits;  #显示缓存命中的次数
    #unset resp.http.Age;
    return (deliver);
}
sub vcl_pass {
    return (fetch);  #将后端服务器返回的数据缓存到本地
}
sub vcl_backend_response {
    set beresp.grace = 5m;  #缓存额外宽限时间
    if (beresp.status == 499 || beresp.status == 404 || beresp.status == 502) {
        set beresp.uncacheable = true;  #当后端服务器相应状态码是449等,不缓存
    }
    if (bereq.url ~ "\.(php|jsp)(\?|$)") {
        set beresp.uncacheable = true; #当是PHP的页面不缓存
    } else {
        if (bereq.url ~ "\.(css|js|html|htm|bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico)($|\?)") {
        set beresp.ttl = 15m; #当是上面结尾的,缓存15分钟
        unset beresp.http.Set-Cookie;
        } elseif (bereq.url ~ "\.(gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)($|\?)") {
            set beresp.ttl = 30m; #缓存30分钟
            unset beresp.http.Set-Cookie;
        } else {
            set beresp.ttl = 10m; #生存时间10分钟
            unset beresp.http.Set-Cookie;
        }
    }
    return (deliver);
}
sub vcl_purge {
    return (synth(200,"success"));
}
sub vcl_backend_error {
    if (beresp.status == 500 ||
        beresp.status == 501 ||
        beresp.status == 502 ||
        beresp.status == 503 ||
        beresp.status == 504) {
        return (retry); #如果状态码是上述其中之一,则重新请求
    }
}
sub vcl_fini {
    return (ok);
}
#编辑完成后,保存退出后即可。
[root@varnish varnish]# varnishd -f /usr/local/var/varnish/example.vcl -s malloc,200M -a 0.0.0.0:80
#启动varnish服务,监听本机所有IP的80端口,-f为指定vcl文件,-s是指定用来存放缓存的容量
[root@varnish ~]# varnishlog  #varnish启动后,可以执行此命令查看其日志。

客户端访问进行测试某些功能(谷歌浏览器访问前按“F12”):

AF48297F-6CF1-C050-A504-182B490BDC4A.jpeg

按“F5”刷新一下:

C9671E94-6540-041A-44A3-9DF6FC46DE51.jpeg

访问到的是我们配置文件中指定的头部信息,并且状态码为304。

验证ACL清除缓存配置:

在主机192.168.20.4进行清除缓存操作(varnish配置的是不允许此IP清除缓存):

[root@localhost ~]# curl -X "PURGE" 192.168.20.5    #清除varnish的缓存

会得到以下报错信息:

8D71DE0C-9236-4B73-1597-F674F3528FDB.jpeg

在varnish允许的IP上进行清除缓存操作(192.168.20.3主机),会看到以下成功的信息:

CACDF857-0695-4EC7-BB9C-EE0B0215F570.jpeg

附加:

上述完整无注释的配置文件如下:

vcl 4.0;
import directors;
import std;
probe backend_healthcheck {
.url="/"; 
.interval = 5s;
.timeout = 1s;
.window = 5; 
.threshold = 3; 
}
backend web1 { 
.host = "192.168.20.4"; 
.port = "80"; 
.probe = backend_healthcheck; 
}
backend web2 {
.host = "192.168.20.3";   
.port = "80";
.probe = backend_healthcheck;
}
acl purgers { 
    "127.0.0.1";
    "localhost";
    "192.168.20.0/24";
    !"192.168.20.4";
}
sub vcl_init { 
    new web_cluster=directors.round_robin();
    web_cluster.add_backend(web1); 
    web_cluster.add_backend(web2);
}
sub vcl_recv {
    set req.backend_hint = web_cluster.backend(); 
    if (req.method == "PURGE") { 
        if (!client.ip ~ purgers) {  
            return (synth(405, "Not Allowed.")); 
    }
    return (purge); 
}
if (req.method != "GET" &&
    req.method != "HEAD" &&
    req.method != "PUT" &&
    req.method != "POST" &&
    req.method != "TRACE" &&
    req.method != "OPTIONS" &&
    req.method != "PATCH" &&
    req.method != "DELETE") {  
        return (pipe);
    }
if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") {
    return (pass);
}
if (req.url ~ "\.(php|asp|aspx|jsp|do|ashx|shtml)($|\?)") {
    return (pass); 
}
if (req.http.Authorization) {
    return (pass); 
}
if (req.http.Accept-Encoding) {
    if (req.url ~ "\.(bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)$") {
    unset req.http.Accept-Encoding; 
    } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") {
        set req.http.Accept-Encoding = "gzip"; 
    } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") {
        set req.http.Accept-Encoding = "deflate";
    } else {
    unset req.http.Accept-Encoding;
    }
   }
if (req.url ~ "\.(css|js|html|htm|bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)($|\?)") {
    unset req.http.cookie; 
    return (hash);  
}
if (req.restarts == 0) { 
    if (req.http.X-Forwarded-For) {  
        set req.http.X-Forwarded-For = req.http.X-Forwarded-For + ", " + client.ip;
    } else {
    set req.http.X-Forwarded-For = client.ip;
    }
}
return (hash);
}
sub vcl_hash {
    hash_data(req.url); 
    if (req.http.host) {
        hash_data(req.http.host); 
    } else {
        hash_data(server.ip); 
    }
    return (lookup);
}
sub vcl_hit {
    if (req.method == "PURGE") { 
        return (synth(200, "Purged."));
    }
    return (deliver);
}

sub vcl_miss {
  if (req.method == "PURGE") {
        return (synth(404, "Purged."));
    }
    return (fetch);
}
sub vcl_deliver {
    if (obj.hits > 0) {
        set resp.http.CXK = "HIT-from-varnish";
        set resp.http.X-Cache-Hits = obj.hits; 
    } else {
    set resp.http.X-Cache = "MISS";
    }
    unset resp.http.X-Powered-By; 
    unset resp.http.Server;  
    unset resp.http.X-Drupal-Cache; 
    unset resp.http.Via; 
    unset resp.http.Link; 
    unset resp.http.X-Varnish; 
    set resp.http.xx_restarts_count = req.restarts; 
    set resp.http.xx_Age = resp.http.Age; 
    #set resp.http.hit_count = obj.hits; 
    #unset resp.http.Age;
    return (deliver);
}
sub vcl_pass {
    return (fetch); 
}
sub vcl_backend_response {
    set beresp.grace = 5m; 
    if (beresp.status == 499 || beresp.status == 404 || beresp.status == 502) {
        set beresp.uncacheable = true;
    }
    if (bereq.url ~ "\.(php|jsp)(\?|$)") {
        set beresp.uncacheable = true; 
    } else {
        if (bereq.url ~ "\.(css|js|html|htm|bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico)($|\?)") {
        set beresp.ttl = 15m; 
        unset beresp.http.Set-Cookie;
        } elseif (bereq.url ~ "\.(gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)($|\?)") {
            set beresp.ttl = 30m;
            unset beresp.http.Set-Cookie;
        } else {
            set beresp.ttl = 10m;
            unset beresp.http.Set-Cookie;
        }
    }
    return (deliver);
}
sub vcl_purge {
    return (synth(200,"success"));
}
sub vcl_backend_error {
    if (beresp.status == 500 ||
        beresp.status == 501 ||
        beresp.status == 502 ||
        beresp.status == 503 ||
        beresp.status == 504) {
        return (retry); 
    }
}
sub vcl_fini {
    return (ok);
}

其实,若想实现varnish的缓存功能,通过以下基本的定义即可实现(example.vcl文件中有以下内容即可):

vcl 4.0;

import directors;
probe backend_healthcheck {
    .url = "/";
    .timeout = 1s;
    .interval = 5s;
    .window = 5;
    .threshold = 3;
}
backend web1 {
    .host = "192.168.20.3";
    .port = "80";
    .probe = backend_healthcheck;
}
backend web2 {
    .host = "192.168.20.4";
    .port = "80";
    .probe = backend_healthcheck;
}
sub vcl_init {
    new web_cluster = directors.round_robin();
    web_cluster.add_backend(web1);
    web_cluster.add_backend(web2);
}
sub vcl_recv {
    set req.backend_hint = web_cluster.backend();
}
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