基于Centos7 部署Varnish缓存代理服务器

一.Varnish概述

1.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具有高性能、速度快、管理更加方便等优点,目前很多大型的网站都开始尝试使用Varnish来代替squid,这便是Varnish迅速发展的最根本的原因。

Varnish的主要特征:

(1)缓存代理位置:可以使用内存也可以使用磁盘;
(2)日志存储:日志存储在内存中;
(3)支持虚拟内存的使用;
(4)有精确的时间管理机制,即缓存的时间属性控制;
(5)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;
(6)缓存管理:以二叉堆管理缓存数据,做到数据的及时清理;

2.Varnish 与 Squid 的对比相同点

  • 都是开源软件;
  • 都是一个反向代理服务器;

Varnish 的优势

(1)稳定性:Varnish和Squid在完成相同负载的工作时,Squid服务器发生故障的几率要高于Varnish,因为使用Squid需要经常重启;
(2)访问速度更快:Varnish所有缓存的数据都是直接从内存中读取,而Squid是从硬盘中读取;
(3)支持更多的并发连接:因为Varnish的TCP连接和释放的速度比Squid快很多

Varnish 的劣势

(1)Varnish进程一旦重启,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使用中如果使用单个URL的请求通过负载均衡时,则每次请求都会落在不同的Varnish服务器中,造成请求都会到后端服务器;而且同样的秦桂在多台服务器上缓存,也会造成Varnish的缓存资源的浪费,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;

3.Varnish的工作原理

当Varnish服务器收到客户端的请求时,首选检查缓存中是否有数据,如果有,则直接响应客户端;如果没有则向后端服务器请求相应的资源,缓存到Varnish服务器本地,再响应客户端;

根据规则和请求页面的类型选择数据是否需要进行缓存,可以根据请求头中Cache-Contorl判断是否缓存,以及cookis是否有标记,这些功能都可以通过编写配置文件的方式来实现。

4.Varnish简单架构

Varnish分为management进程和child进程

  • management进程:对child进程进行管理,同事对VCL配置进行编译,并应用到不同的状态引擎中;
  • child进程:生成线程池,负责对用户请求进行处理,并通过hash查找返回用户结果;

child进程生成的常见线程有

  • accept线程:接收新的连接请求并响应;
  • worker线程:会话,处理请求资源;
  • expiry线程:清除缓存中过期的内容;

5.varnish 主要配置部分

  • 后端配置:给Varnish添加反向代理服务器节点,最少配置一个;
  • ACL配置:给Varnish添加访问控制列表,可以指定这些列表访问或禁止访问;
  • probes配置:给Varnish添加探测后端服务器是否正常的规则,方便切换或禁止对应后端服务器;
  • directors配置:给Varnish添加负载均衡模式管理多个后端服务器;
  • 核心子程序配置:给Varnish添加后端服务器切换,请求缓存、访问控制、错误处理等规则;

6.VCL 中内置预设变量:变量(也叫 object):

如图

(1)req:客户端请求Varnish服务器时可用的变量;
(2)bereq:Varnish服务器请求后端服务器可用的变量;
(3)beresp:后端服务器响应Varnish服务器请求,并返回结果时,使用的变量;
(4)resp:Varnish服务器响应客户端请求是使用的变量;
(5)obj:高速缓存对象,缓存后端响应请求内容;
(6)now:作用就是返回当前的时间戳;

客户端

Clienet.ip:返回客户端的IP地址
Client.port:获取客户端请求的端口号(在vatnish4.0以后需要调取std模块才能使用)语法为 import std; std.port(client.ip)
Client.identiy 获取客户端标识码,软件在安装过程中会生成一个序列号,用来标识身份

服务器

Server.hostname:服务器主机名
Server.identiy:获取服务器标识码
Server.ip:获取服务器IP地址
Server.prot:获取服务器IP端口号,需要调用std模块

客户端请求req (客户端请求发送的对象)

  • Req:整个请求的数据结构
  • req.bachend_hint:指定请求后端节点 如gif 给图片服务器
  • Req.can_gzip:客户端是否接受gzip传输编码(通常浏览器支持所有压缩格式)
  • req.hash_always_miss:是否从缓存中读取数据
  • req.hash_ignore_busy: 忽略缓存中忙碌的数据 死锁(如两台varnish服务器在处理过程中共同争抢一个资源造成堵塞,如果不手动停止则会僵持支持僵持下去)
  • req.http:对应请求http的header
  • req.method :请求类型或者请求的方式(如gt,post)
  • req.proto:客户端请求使用的http协议的版本
  • req.restarts:重新启动次数,默认最大值是4(通常用于判断是否访问过服务器)
  • req.url:请求的url
  • req.xid:唯一id,varnish服务器访问时在头部增加了X-varnish,后面的数字是varnish的id,第一个数据是请求的标识id,第二个数据是缓存的标识id

varnish请求后端服务器(bereq)

  • bereq:整个后端请求的数据结构
  • bereq.backend:所请求后端节点的配置
  • bereq.between_bytes_timeout:从后端每接收一个字节之间的等待时间或者超时时间
  • bereq.http:对应发送到后端的http的头部信息
  • bereq.method: 发送到后端的请求类型或者请求方式
  • bereq.proto:发送到后端的请求的http协议版本
  • bereq.retires:相同请求重试计数
  • bereq.uncacheable:请求数据没有被缓存,或者请求不缓存
  • bereq.url:发送到后端请求的url
  • bereq.xid:请求唯一id

后端服务器向varnish返回数据beresq

  • Beresp:后端服务器响应数据
  • Beresp.backend.ip:后端响应(处理请求数据)服务器的IP地址
  • Beresp.backend.name:后端响应服务器的节点名
  • Beresp.do_gunzip:默认为false,缓存前解压改对象
  • Beresp.grace:设置缓存过期的额外宽限时间
  • Beresp.http:响应时http的头部
  • Beresp.keep:对象缓存后带保持时间
  • Beresp.proto:响应的http版本
  • Beresp.reason :后端服务器返回的http状态信息
  • Beresp.status:后端服务器返回的在状态码
  • Beresp.storage_hint:指定保存的的特定存储器(内存)
  • Beresp.ttl:改对象缓存的剩余时间,指定统一缓存剩余时间
  • Beresp,uncacheable:对数据不进行缓存

存储

  • Storage.<name>.free_space:存储可用空间(字节数)
  • Storage.<name>.used_space:存储剩余时间(字节数)
  • Storage.<name>.happy:存储节点状态
  • deliver将数据发送给客户端,返回的数据
  • fetch从后端获取数据,并将数据缓存到本地

7.特定功能语句

  • Ban(expression):清除指定对象缓存;
  • Call(subroutine):调用子程序;
  • Hash_data(input):根据input的子程序的值生成hash键;
  • New():创建新的vcl对象,只能在vcl_init 子进程中;
  • Return():结束当前子程序,并指定继续下一步动作;
  • Rollback():恢复 HTTP 头到原来状态,已经弃用,使用 std.rollback() 代替;
  • Synthetic (STRING):合成器,定义返回给客户端页面和状态码;
  • Regsub(str,regex,sub)使用正则表达式替换第一次出现的字符串;
  • Regsuball(str,regex,sub)替换所有出现的字符串;

8.varnish请求处理的步骤

如图

varnish请求处理的步骤

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。
Pipe状态。建立客户端和服务器之间的直接连接,从后端服务器调取数据

vcl_recv 子程序: 开始处理请求,通过 return (动作);
vcl_pipe 子程序: pipe 模式处理,该模式主要用于直接取后端响应内容返回客户端,可定义响应内容返回客户端。
vcl_pass 子程序: pass 模式处理,该模式类似 hash 缓存模式,仅不做缓存处理.
vcl_hit 子程序: hash 缓存模式时,存在 hash 缓存时调用,用于缓存处理,可放弃或修改缓存.
vcl_miss 子程序: hash 缓存模式时,不存在 hash 缓存时调用,用于判断性的选择进入后端取响应内容,可以 修改为 pass 模式。
vcl_hash 子程序: hash缓存模式,生成hash值作为缓存查找键名提取缓存内容,主要用于缓存hash键值处理, 可使用 hash_data(string) 指定键值组成结构,可在同一个页面通过 IP 或 cookie 生成不同的 缓存键值。
vcl_purge 子程序: 清理模式,当查找到对应的缓存时清除并调用,用于请求方法清除缓存,并报告
vcl_deliver 子程序: 客户端交付子程序,在 vcl_backend_response 子程序后调用(非 pipe 模式),或 vcl_hit 子程 序后调用,可用于追加响应头信息,cookie 等内容。
vcl_backend_fetch 子程序: 发送后端请求之前调用,可用于改变请求地址或其它信息,或放弃请求。
vcl_backend_response 子程序: 后端响应后调用,可用于修改缓存时间及缓存相关信息。
vcl_backend_error 子程序: 后端处理失败调用,异常页面展示效果处理,可自定义错误响应内容,或修改 beresp.status 与 beresp.http.Location 重定向等。
vcl_synth 子程序: 自定义响应内容。可以通过 synthetic()和返回值 synth 调用,这里可以自定义异常显示 内容,也可以修改 resp.status 与 resp.http.Location 重定向。
vcl_init 子程序: 加载 vcl 时最先调用,用于初始化 VMODs,该子程序不参与请求处理,仅在 vcl 加载时调用 一次。
vcl_fini 子程序: 卸载当前 vcl 配置时调用,用于清理 VMODs,该子程序不参与请求处理,仅在 vcl 正常丢弃 后调用。

 二.安装Varnish

下载varnish软件包 链接: https://pan.baidu.com/s/1OfnyR-5xFuxMUYJTnhQesA 提取码: m9q4

除了一台varnish服务器,可以再开俩台web服务器,提供web页面就可以。

[root@localhost ~]# yum -y install autoconf automake libedit-devel libtool ncurses-devel pcre-devel pkgconfig python-docutils python-sphinx
[root@localhost ~]# tar zxf varnish-4.0.3.tar.gz 
[root@localhost ~]# cd varnish-4.0.3/
[root@localhost varnish-4.0.3]# ./configure && make && make install
[root@localhost varnish-4.0.3]# cp etc/example.vcl /usr/local/var/varnish/
//复制Varnish主配置文件
[root@localhost /]# vim /usr/local/var/varnish/example.vcl 
//编辑Varnish主配 看原来的修改
vcl 4.0;
import directors;
import std;
backend default {
  .host = "127.0.0.1";
  .port = "80";
}
probe backend_healthcheck {
    .url="/";
    .interval = 5s;
    .timeout = 1s;
    .window = 5;
    .threshold = 3;
}
backend web1 {
    .host = "192.168.148.132";
    .port = "80";
    .probe = backend_healthcheck;
}
backend web2 {
    .host = "192.168.148.133";
    .port = "80";
    .probe = backend_healthcheck;
}
acl purgers {
    "127.0.0.1";
    "localhost";
    "192.168.148.0/24";
    !"192.168.148.133";
}
sub vcl_init {
    new web_cluster=directors.round_robin();
    web_cluster.add_backend(web1);
    web_cluster.add_backend(web2);
}
//把原来的全部删除添加如下
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)($|\?)") {
    return (pass);
}
if (req.http.Accept-Encoding) {
    if (req.url ~ "\.(bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)$") {
    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_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);
}
[root@localhost /]# varnishd -f /usr/local/var/varnish/example.vcl -s malloc,200M -a 0.0.0.0:80
//启动服务

第一台web提供页面

[root@localhost ~]# yum -y install httpd
[root@localhost ~]# echo aaa > /var/www/html/index.html
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# systemctl start httpd

第二台

[root@localhost ~]# yum -y install httpd
[root@localhost ~]# echo bbb > /var/www/html/index.html
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# systemctl start httpd

如果重启Varnishd如下:

[root@localhost /]# netstat -anpt | grep 80
[root@localhost /]# killall -9 varnishd
[root@localhost /]# varnishd -f /usr/local/var/varnish/example.vcl -s malloc,200M -a 0.0.0.0:80

客户端访问如下:

刷新一下

[root@localhost /]# curl -X "PURGE" 192.168.148.130
//清除缓存

Varnish配置文件解释

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异常
}
backend web1 {  #定义后端服务器
    .host = "192.168.1.7"; #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 = "192.168.1.8";
    .port = "80";
    .probe = backend_healthcheck;
}
acl purgers { #定义访问控制列表
    "127.0.0.1";
    "localhost";
    "192.168.1.0/24";
    !"192.168.1.8";
}
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)($|\?)") {
    return (pass);  #当客户端访问的是.php等结尾的交给pass处理.
}
if (req.http.Accept-Encoding) {
    if (req.url ~ "\.(bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)$") {
    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);
}

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。

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发布时间 2020-01-15 12:01:15
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