Varnish安装及调优

最近公司做活动推广,流量暴增,后端服务器压力山大,导致用户的请求响应时间延长,客户因此抱怨声音很大。
为尽快解决问题,在安排人员不断优化后端代码的同时,考虑在nginx前增加varnish缓存层,只透传部分动态请求过去,直接减少后端服务器的压力。
在实际使用中,真正感受到了varnish服务器强大的威力!在不断的调优缓存命中率后,后端服务器cpu直接从80%降到了20%,再大的并发前端也可以直接消化,后端服务器表示毫无压力。有了这玩意,可以再也不用在后台写定时任务,不断重新生成静态页面了,直接丢缓存里完事!此外,varnish还支持一种叫“神圣模式”,在后端服务器报错返回500的时候,varnish还能继续优先返回过去缓存的内容,为用户屏蔽部分错误,这东东有时真算是救命稻草啊。
但同时,也趟了n多的坑,varnish中的VCL语言太过强大和灵活,稍微运用不好就会中枪。而网上公开的大多数varnish配置文件都是一大抄,根本无法直接用于生产。在研究了几天,翻阅了大量各种资料后,才总算把遇到的问题都解决了。
现将调优心得记录如下:
一、介绍
Varnish是一种专业的网站缓存软件(其实就是带缓存的反向代理服务),它可以把整个HTTP响应内容缓存到内存或文件中,从而提高Web服务器的响应速度。
Varnish内置强大的VCL(Varnish Configuration Language)配置语言,允许通过各种条件判断来灵活调整缓存策略。在程序启动时,varnish就把VCL转换成二进制代码,因此性能非常高。
二、安装
epel源里也有varnish,但是却2.x版本的。
因为 varnish 3.0的配置文件与 2.x 的存在很大不同,因此varnish团队不能再更新epel里的软件源。如果你想安装最新版本,推荐使用 rpm 方式。
RPM安装
在redhat系服务器上可以很容易的直接通过rpm包安装:

wget http://repo.varnish-cache.org/redhat/varnish-3.0/el6/x86_64/varnish/varnish-libs-3.0.4-1.el6.x86_64.rpm
wget http://repo.varnish-cache.org/redhat/varnish-3.0/el6/x86_64/varnish/varnish-3.0.4-1.el6.x86_64.rpm
wget http://repo.varnish-cache.org/redhat/varnish-3.0/el6/x86_64/varnish/varnish-docs-3.0.4-1.el6.x86_64.rpm

yum localinstall *.rpm

varnish的安装和配置路径

/etc/varnish/default.vcl  #默认配置文件存文件
/etc/sysconfig/varnish   #服务启动参数脚本
/etc/init.d/varnish           #服务控制脚本

可以通过调整 /etc/sysconfig/varnish 配置文件中的参数来调整启动参数,设置线程池、缓存到内存还是文件等。当然如果你乐意也可以在varnishd后面带上启动参数手工启动服务和管理。
现在能通过服务的方式启动 varnish了:

service varnish start (stop/restart)

将varnish设为开机自启动:

chkconfig varnish on

编译安装
安装依赖包

yum install ncurses-devel.x86_64

此步可选。
如果你在编译varnish 后bin目录中没有发现 varnishstat、varnishtop、varnishhist这三个程序的话,就是因为编译前没有安装与操作系统位数对应的 ncurses-devel。这些工具非常好用,因此建议先安装这个依赖包。
安装pcre
varnish 依赖pcre进行url正则匹配。

cd pcre-8.12
./configure –prefix=/usr/local/
make&&make install

编译
解压缩varnish源码包

wget http://repo.varnish-cache.org/source/varnish-3.0.4.tar.gz
cd /root
tar -zxvf varnish-3.0.4.tar.gz
cd varnish-3.0.4
export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig
./configure –prefix=/usr/local/varnish
make && make install

三、VCL执行过程
先介绍一下Varnish处理请求的主要处理方法和流程
VCL 需定义几个默认的函数,在Varnish处理HTTP请求的各个阶段会回调这些函数进行处理:

vcl_recv,请求入口,判断是否要进一步处理,还是直接转发给后端(pass)。 此过程中可以使用和请求相关的变量,例如客户端请求的url,ip,user-agent,cookie等,此过程中可以把不需缓存的地址,通过判断(相等、不相等、正则匹配等方法)透传给后端,例如POST请求,及jsp、asp、do等扩展名的动态内容;
vcl_fetch,当从后端服务器获取内容后会进入此阶段,除了可以使用客户端的请求变量,还可以使用从后端获取的信息(bersp),如后端返回的头信息,具体指定此信息的缓存时间TTL;
vcl_miss 缓存未命中时中要做的处理
vcl_hit 缓存命中后做的处理
vcl_delever 发送给客户端前的处理
vcl_pass 交给后端服务器
vcl_hash 设置缓存的键值key

首次请求时过程如下:
recv->hash->miss->fetch->deliver
缓存后再次请求:
recv->hash->hit->deliver(fetch的过程没了,这就是我们要做的,把要缓存的页面保存下来)
直接交给后端pass的情况:
recv->hash->pass->fetch->deliver(直接从后端获取数据后发送给客户端,此时Varnish相当于一个中转站,只负责转发)

四、通过日志调优
安装完成后,默认的配置文件位于
/etc/varnish/default.vcl
我们可以参考缺省配置项学习vcl语言的使用,并进行不断的调优。

但直接修改配置,不断的重启调优效率非常低下痛苦!经过不断摸索,我发现其实varnish里内置了日志模块,我们可以在 defalut.vcl 最上边引用std库,以便输出日志:

import std;

在需要输出日志的地方,使用 std.log 即可:

std.log(“LOG_DEBUG: URL=” + req.url);

这样的话,就可以通过日志了解varnish的工作流程,很方便的优化啦,效率何止提高十倍!

类似于你想跟踪哪些连接没有命中缓存,可以在vcl_miss函数中这样写:

sub vcl_miss {
td.log(“url miss!!! url=” + req.url);
return (fetch);
}

启动varnish 后,通过 varnishlog工具跟踪打印出的日志

varnishlog -I LOG

五、负载均衡
Varnish可以挂载多个后端服务器,并进行权重、轮询,将请求转发到后端节点上,以达到避免单点的问题。
举例如下:

backend web1 {
.host = “172.16.2.31”;
.port = “80”;
.probe = {
.url = “/”;
.interval = 10s;
.timeout = 2s;
.window = 3;
.threshold = 3;
}
}
backend web2 {
.host = “172.16.2.32”;
.port = “80”;
.probe = {
.url = “/”;
.interval = 10s;
.timeout = 2s;
.window = 3;
.threshold = 3;
}
}
# 定义负载均衡组
director webgroup random {
{
.backend = web1;
.weight = 1;
}
{
.backend = web2;
.weight = 1;
}
}

其中,在backend 中添加 probe 选项,将可以对后端节点进行健康检查。如果后端节点无法访问,将会自动摘除掉该节点,直到这个节点恢复。
需要注意window 和threshold 两个参数。当有后端服务器不可达时,varnish会时不时的报503错误。网上查出的资料都是改线程组什么的,经测试完全无效。后来发现,只要将 window 和threshold 两个参数的值设成一样的,503现象就再没有发生了。

六、优雅模式和神圣模式
Grace mode
如果后端需要很长时间来生成一个对象,这里有一个线程堆积的风险。为了避免这 种情况,你可以使用 Grace。他可以让 varnish 提供一个存在的版本,然后从后端生成新 的目标版本。当同时有多个请求过来的时候,varnish只发送一个请求到后端服务器,在
set beresp.grace = 30m;
时间内复制旧的请求结果给客户端。
Saint mode
有时候,服务器很古怪,他们发出随机错误,您需要通知 varnish 使用更加优雅的方式处理 它,这种方式叫神圣模式(saint mode)。Saint mode 允许您抛弃一个后端服务器或者另一个尝试的后端服务器或者 cache 中服务陈旧的内容。

例如:

sub vcl_fetch {
if (beresp.status == 500) {
set beresp.saintmode = 10s;
return (restart);
}

set beresp.grace = 5m;
}

七、完整示例

import std;

backend web1 {
.host = “172.16.2.31”;
.port = “80”;
.probe = {
.url = “/”;
.interval = 10s;
.timeout = 2s;
.window = 3;
.threshold = 3;
}
}
backend web2 {
.host = “172.16.2.32”;
.port = “80”;
.probe = {
.url = “/”;
.interval = 10s;
.timeout = 2s;
.window = 3;
.threshold = 3;
}
}
# 定义负载均衡组
director webgroup random {
{
.backend = web1;
.weight = 1;
}
{
.backend = web2;
.weight = 1;
}
}

# 允许刷新缓存的ip
acl purgeAllow {
“localhost”;
“172.16.2.5”;
}

sub vcl_recv {
# 刷新缓存设置
if (req.request == “PURGE”) {
#判断是否允许ip
if (!client.ip ~ purgeAllow) {
error 405 “Not allowed.”;
}
#去缓存中查找
return (lookup);
}

std.log(“LOG_DEBUG: URL=” + req.url);

set req.backend = webgroup;
if (req.request != “GET” && req.request != “HEAD” && req.request != “PUT” && req.request != “POST” && req.request != “TRACE” && req.request != “OPTIONS” && req.request != “DELETE”) {
/* Non-RFC2616 or CONNECT which is weird. */
return (pipe);
}

# 只缓存 GET 和 HEAD 请求
if (req.request != “GET” && req.request != “HEAD”) {
std.log(“LOG_DEBUG: req.request not get!  ” + req.request );
return(pass);
}
# http 认证的页面也 pass
if (req.http.Authorization) {
std.log(“LOG_DEBUG: req is authorization !”);
return (pass);
}
if (req.http.Cache-Control ~ “no-cache”) {
std.log(“LOG_DEBUG: req is no-cache”);
return (pass);
}
# 忽略admin、verify、servlet目录,以.jsp和.do结尾以及带有?的URL,直接从后端服务器读取内容
if (req.url ~ “^/admin” || req.url ~ “^/verify/” || req.url ~ “^/servlet/” || req.url ~ “\.(jsp|php|do)($|\?)”) {
std.log(“url is admin or servlet or jsp|php|do, pass.”);
return (pass);
}

# 只缓存指定扩展名的请求, 并去除 cookie
if (req.url ~ “^/[^?]+\.(jpeg|jpg|png|gif|bmp|tif|tiff|ico|wmf|js|css|ejs|swf|txt|zip|exe|html|htm)(\?.*|)$”) {
std.log(“*** url is jpeg|jpg|png|gif|ico|js|css|txt|zip|exe|html|htm set cached! ***”);
unset req.http.cookie;
# 规范请求头,Accept-Encoding 只保留必要的内容
if (req.http.Accept-Encoding) {
if (req.url ~ “\.(jpg|png|gif|jpeg)(\?.*|)$”) {
remove req.http.Accept-Encoding;
} elsif (req.http.Accept-Encoding ~ “gzip”) {
set req.http.Accept-Encoding = “gzip”;
} elsif (req.http.Accept-Encoding ~ “deflate”) {
set req.http.Accept-Encoding = “deflate”;
} else {
remove req.http.Accept-Encoding;
}
}
return(lookup);
} else {
std.log(“url is not cached!”);
return (pass);
}
}

sub vcl_hit {
if (req.request == “PURGE”) {
set obj.ttl = 0s;
error 200 “Purged.”;
}
return (deliver);
}

sub vcl_miss {
std.log(“################# cache miss ################### url=” + req.url);
if (req.request == “PURGE”) {
purge;
error 200 “Purged.”;
}
}

sub vcl_fetch {
# 如果后端服务器返回错误,则进入 saintmode
if (beresp.status == 500 || beresp.status == 501 || beresp.status == 502 || beresp.status == 503 || beresp.status == 504) {
std.log(“beresp.status error!!! beresp.status=” + beresp.status);
set req.http.host = “status”;
set beresp.saintmode = 20s;
return (restart);
}
# 如果后端静止缓存, 则跳过
if (beresp.http.Pragma ~ “no-cache” || beresp.http.Cache-Control ~ “no-cache” || beresp.http.Cache-Control ~ “private”) {
std.log(“not allow cached!   beresp.http.Cache-Control=” + beresp.http.Cache-Control);
return (hit_for_pass);
}
if (beresp.ttl <= 0s || beresp.http.Set-Cookie || beresp.http.Vary == “*”) {
/* Mark as “Hit-For-Pass” for the next 2 minutes */
set beresp.ttl = 120 s;
return (hit_for_pass);
}

if (req.request == “GET” && req.url ~ “\.(css|js|ejs|html|htm)$”) {
std.log(“gzip is enable.”);
set beresp.do_gzip = true;
set beresp.ttl = 20s;
}

if (req.request == “GET” && req.url ~ “^/[^?]+\.(jpeg|jpg|png|gif|bmp|tif|tiff|ico|wmf|js|css|ejs|swf|txt|zip|exe)(\?.*|)$”) {
std.log(“url css|js|gif|jpg|jpeg|bmp|png|tiff|tif|ico|swf|exe|zip|bmp|wmf is cache 5m!”);
set beresp.ttl = 5m;
} elseif (req.request == “GET” && req.url ~ “\.(html|htm)$”) {
set beresp.ttl = 30s;
} else {
return (hit_for_pass);
}

# 如果后端不健康,则先返回缓存数据1分钟
if (!req.backend.healthy) {
std.log(“eq.backend not healthy! req.grace = 1m”);
set req.grace = 1m;
} else {
set req.grace = 30s;
}
return (deliver);
}

# 发送给客户端
sub vcl_deliver {
if ( obj.hits > 0 ) {
set resp.http.X-Cache = “has cache”;
} else {
#set resp.http.X-Cache = “no cache”;
}
return (deliver);
}

八、管理命令
跟随varnish会一起安装一些方便的调试工具,用好这些工具,对你更好的应用varnish有很大的帮助。
varnishncsa(以 NCSA 的格式显示日志)
通过这个命令,可以像类似于 nginx/apache一样的显示出用户的访问日志来。

varnishlog(varnish详细日志)
如果你想跟踪varnish处理每个请求时的详细处理情况,可以使用此命令。
直接使用这个命令,显示的内容非常多,通常我们可以通过一些参数,使它只显示我们关心的内容。

-b    \\只显示varnish和backend server之间的日志,当您想要优化命中率的时 候可以使用这个参数。
-c    \\和-b差不多,不过它代表的是 varnish和 client端的通信。
-i tag  \\只显示某个 tag,比如“varnishlog –i SessionOpen”将只显示新会话,注意,这个地方的tag名字是不区分大小写的。
-I    \\通过正则表达式过滤数据,比如“varnishlog -c -i RxHeader -I Cookie”将显示所有接到到来自客户端的包含 Cookie 单词的头信息。
-o    \\聚合日志请求 ID

例如:
varnishlog -c -o /auth/login  这个命令将告诉您来自客户端(-c)的所有包含”/auth/login” 字段(-o)请求。
varnishlog -c -o ReqStart 192.168.1.100  只跟踪一个单独的client请求

varnishtop
您可以使用varnishtop 确定哪些URL经常被透传到后端。
适当的过滤使用  –I,-i,-X  和-x 选项,它可以按照您的要求显示请求的内容,客
户端,浏览器等其他日志里的信息。
varnishtop -i rxurl    \\您可以看到客户端请求的 url次数。
Varnishtop -i txurl    \\您可以看到请求后端服务器的url次数。
Varnishtop -i Rxheader -I Accept-Encoding \\可以看见接收到的头信息中有有多少次
包含Accept-Encoding。

varnishstat
显示一个运行varnishd实例的相关统计数据。
Varnish 包含很多计数器,请求丢失率,命中率,存储信息,创建线程,删除对象等,几乎所有的操作。通过跟踪这些计数器,可以很好的了解varnish运行状态。

varnishadm
通过命令行,控制varnish服务器。可以动态的删除缓存,重新加载配置文件等。

管理端口有两种链接方式:
1,telnet方式,可以通过telnet来连接管理端口.如:”telnet localhost 6082″
2,varnishadm方式,可以通过varnish自带的管理程序传递命令.如: varnishadm -n vcache -T localhost:6082 help

动态清除缓存
varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082 ban.url /2011111.png
其中:ban.url 后的路径一定不要带abc.xxx.com域名之类的,否则缓存清除不了。

清除包含某个子目录的URL地址:
/usr/local/varnish/bin/varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082 url.purge /a/

不重启加载配置文件
登陆到管理界面
/usr/local/varnish/bin/varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
加载配置文件
vcl.load new.vcl /etc/varnish/default.vcl
编译出错的话会有提示,成功会返回200
加载新配置文件
vcl.use new.vcl
此时新的配置文件已经生效!

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