Varnish調優手記

   最近公司做活動推廣，流量暴增，後端服務器壓力山大，導致用戶的請求響應時間延長，客戶因此抱怨聲音很大。

　　爲儘快解決問題，在安排人員不斷優化後端代碼的同時，考慮在nginx前增加varnish緩存層，只透傳部分動態請求過去，直接減少後端服務器的壓力。
　　在實際使用中，真正感受到了varnish服務器強大的威力！在不斷的調優緩存命中率後，後端服務器cpu直接從80%降到了20%，再大的併發前端也可以直接消化，後端服務器表示毫無壓力。有了這玩意，可以再也不用在後臺寫定時任務，不斷重新生成靜態頁面了，直接丟緩存裏完事！此外，varnish還支持一種叫“神聖模式”，在後端服務器報錯返回500的時候，varnish還能繼續優先返回過去緩存的內容，爲用戶屏蔽部分錯誤，這東東有時真算是救命稻草啊。
　　但同時，也趟了n多的坑，varnish中的VCL語言太過強大和靈活，稍微運用不好就會中槍。而網上公開的大多數varnish配置文件都是一大抄，根本無法直接用於生產。在研究了幾天，翻閱了大量各種資料後，才總算把遇到的問題都解決了。
　　現將調優心得記錄如下：

一、介紹

　　Varnish是一種專業的網站緩存軟件（其實就是帶緩存的反向代理服務），它可以把整個HTTP響應內容緩存到內存或文件中，從而提高Web服務器的響應速度。
　　Varnish內置強大的VCL（Varnish Configuration Language）配置語言，允許通過各種條件判斷來靈活調整緩存策略。在程序啓動時，varnish就把VCL轉換成二進制代碼，因此性能非常高。

二、安裝

epel源裏也有varnish，但是卻2.x版本的。
因爲 varnish 3.0的配置文件與 2.x 的存在很大不同，因此varnish團隊不能再更新epel裏的軟件源。如果你想安裝最新版本，推薦使用 rpm 方式。

RPM安裝

在redhat系服務器上可以很容易的直接通過rpm包安裝：

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的安裝和配置路徑

/etc/varnish/default.vcl  #默認配置文件存文件
/etc/sysconfig/varnish   #服務啓動參數腳本
/etc/init.d/varnish           #服務控制腳本

可以通過調整 /etc/sysconfig/varnish 配置文件中的參數來調整啓動參數，設置線程池、緩存到內存還是文件等。當然如果你樂意也可以在varnishd後面帶上啓動參數手工啓動服務和管理。

現在能通過服務的方式啓動 varnish了：

service varnish start (stop/restart)

將varnish設爲開機自啓動：

chkconfig varnish on

三、VCL執行過程

　　先介紹一下Varnish處理請求的主要處理方法和流程
　　VCL 需定義幾個默認的函數，在Varnish處理HTTP請求的各個階段會回調這些函數進行處理：

• vcl_recv，請求入口，判斷是否要進一步處理，還是直接轉發給後端（pass）。 此過程中可以使用和請求相關的變量，例如客戶端請求的url，ip，user-agent，cookie等，此過程中可以把不需緩存的地址，通過判斷（相等、不相等、正則匹配等方法）透傳給後端，例如POST請求，及jsp、asp、do等擴展名的動態內容；

• vcl_fetch，當從後端服務器獲取內容後會進入此階段，除了可以使用客戶端的請求變量，還可以使用從後端獲取的信息（bersp），如後端返回的頭信息，具體指定此信息的緩存時間TTL；

• vcl_miss 緩存未命中時中要做的處理

• vcl_hit 緩存命中後做的處理

• vcl_delever 發送給客戶端前的處理

• vcl_pass 交給後端服務器

• vcl_hash 設置緩存的鍵值key

首次請求時過程如下：
recv->hash->miss->fetch->deliver
緩存後再次請求：
recv->hash->hit->deliver（fetch的過程沒了，這就是我們要做的，把要緩存的頁面保存下來）
直接交給後端pass的情況：
recv->hash->pass->fetch->deliver（直接從後端獲取數據後發送給客戶端，此時Varnish相當於一箇中轉站，只負責轉發）

四、通過日誌調優

安裝完成後，默認的配置文件位於
/etc/varnish/default.vcl
我們可以參考缺省配置項學習vcl語言的使用，並進行不斷的調優。

但直接修改配置，不斷的重啓調優效率非常低下痛苦！經過不斷摸索，我發現其實varnish裏內置了日誌模塊，我們可以在 defalut.vcl 最上邊引用std庫，以便輸出日誌：

import std;

在需要輸出日誌的地方，使用 std.log 即可：

std.log("LOG_DEBUG: URL=" + req.url);

這樣的話，就可以通過日誌瞭解varnish的工作流程，很方便的優化啦，效率何止提高十倍！

類似於你想跟蹤哪些連接沒有命中緩存，可以在vcl_miss函數中這樣寫：

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

啓動varnish 後，通過 varnishlog工具跟蹤打印出的日誌

varnishlog -I LOG

五、負載均衡

Varnish可以掛載多個後端服務器，並進行權重、輪詢，將請求轉發到後端節點上，以達到避免單點的問題。
舉例如下：

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;
    }
}
# 定義負載均衡組
director webgroup random {
    {
       .backend = web1;
       .weight = 1;
    }
    {
       .backend = web2;
       .weight = 1;
    }
}

其中，在backend 中添加 probe 選項，將可以對後端節點進行健康檢查。如果後端節點無法訪問，將會自動摘除掉該節點，直到這個節點恢復。

需要注意window 和threshold 兩個參數。當有後端服務器不可達時，varnish會時不時的報503錯誤。網上查出的資料都是改線程組什麼的，經測試完全無效。後來發現，只要將 window 和threshold 兩個參數的值設成一樣的，503現象就再沒有發生了。

六、優雅模式和神聖模式

Grace mode

如果後端需要很長時間來生成一個對象，這裏有一個線程堆積的風險。爲了避免這 種情況，你可以使用 Grace。他可以讓 varnish 提供一個存在的版本，然後從後端生成新 的目標版本。當同時有多個請求過來的時候，varnish只發送一個請求到後端服務器，在
set beresp.grace = 30m;  
時間內複製舊的請求結果給客戶端。

Saint mode

有時候,服務器很古怪,他們發出隨機錯誤,您需要通知 varnish 使用更加優雅的方式處理 它,這種方式叫神聖模式(saint mode)。Saint mode 允許您拋棄一個後端服務器或者另一個嘗試的後端服務器或者 cache 中服務陳舊的內容。

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;
    }
}
# 定義負載均衡組
director webgroup random {
    {
       .backend = web1;
       .weight = 1;
    }
    {
       .backend = web2;
       .weight = 1;
    }
}
# 允許刷新緩存的ip
acl purgeAllow {
     "localhost";
     "172.16.2.5";
}
sub vcl_recv {
    # 刷新緩存設置
    if (req.request == "PURGE") {
        #判斷是否允許ip
        if (!client.ip ~ purgeAllow) {
             error 405 "Not allowed.";
        }
        #去緩存中查找
        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);
    }
    # 只緩存 GET 和 HEAD 請求
    if (req.request != "GET" && req.request != "HEAD") {
        std.log("LOG_DEBUG: req.request not get!  " + req.request );
        return(pass);
    }
    # http 認證的頁面也 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目錄，以.jsp和.do結尾以及帶有?的URL,直接從後端服務器讀取內容
    if (req.url ~ "^/admin" || req.url ~ "^/verify/" || req.url ~ "^/servlet/" || req.url ~ "\.(jsp|php|do)($|\?)") {
        std.log("url is admin or servlet or jsp|php|do, pass.");
        return (pass);
    }
    # 只緩存指定擴展名的請求, 並去除 cookie
    if (req.url ~ "^/[^?]+\.(jpeg|jpg|png|gif|bmp|tif|tiff|ico|wmf|js|css|ejs|swf|txt|zip|exe|html|htm)(\?.*|)$") {
        std.log("*** url is jpeg|jpg|png|gif|ico|js|css|txt|zip|exe|html|htm set cached! ***");
        unset req.http.cookie;
        # 規範請求頭,Accept-Encoding 只保留必要的內容
        if (req.http.Accept-Encoding) {
            if (req.url ~ "\.(jpg|png|gif|jpeg)(\?.*|)$") {
                remove req.http.Accept-Encoding;
            } elsif (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") {
                set req.http.Accept-Encoding = "gzip";
            } elsif (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") {
                set req.http.Accept-Encoding = "deflate";
            } else {
                remove req.http.Accept-Encoding;
            }
        }
        return(lookup);
    } else {
        std.log("url is not cached!");
        return (pass);
    }
}
sub vcl_hit {
    if (req.request == "PURGE") { 
        set obj.ttl = 0s; 
        error 200 "Purged."; 
    }
    return (deliver);
}
sub vcl_miss {
    std.log("################# cache miss ################### url=" + req.url);
    if (req.request == "PURGE") {
        purge;
        error 200 "Purged.";
    }
}
sub vcl_fetch {
    # 如果後端服務器返回錯誤，則進入 saintmode
    if (beresp.status == 500 || beresp.status == 501 || beresp.status == 502 || beresp.status == 503 || beresp.status == 504) {
        std.log("beresp.status error!!! beresp.status=" + beresp.status);
        set req.http.host = "status";
        set beresp.saintmode = 20s;
        return (restart);
    }
    # 如果後端靜止緩存, 則跳過
    if (beresp.http.Pragma ~ "no-cache" || beresp.http.Cache-Control ~ "no-cache" || beresp.http.Cache-Control ~ "private") {
        std.log("not allow cached!   beresp.http.Cache-Control=" + beresp.http.Cache-Control);
    return (hit_for_pass);
    }
    if (beresp.ttl <= 0s || beresp.http.Set-Cookie || beresp.http.Vary == "*") {
        /* Mark as "Hit-For-Pass" for the next 2 minutes */
        set beresp.ttl = 120 s;
        return (hit_for_pass);
    }
    if (req.request == "GET" && req.url ~ "\.(css|js|ejs|html|htm)$") {
        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);
    }
    # 如果後端不健康，則先返回緩存數據1分鐘
    if (!req.backend.healthy) {
        std.log("eq.backend not healthy! req.grace = 1m");
        set req.grace = 1m;
    } else {
        set req.grace = 30s;
    }
     return (deliver);
}
# 發送給客戶端
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

跟隨varnish會一起安裝一些方便的調試工具，用好這些工具，對你更好的應用varnish有很大的幫助。

varnishncsa（以 NCSA 的格式顯示日誌）

通過這個命令，可以像類似於 nginx/apache一樣的顯示出用戶的訪問日誌來。

varnishlog（varnish詳細日誌）

如果你想跟蹤varnish處理每個請求時的詳細處理情況，可以使用此命令。
直接使用這個命令，顯示的內容非常多，通常我們可以通過一些參數，使它只顯示我們關心的內容。

• -b    \\只顯示varnish和backend server之間的日誌，當您想要優化命中率的時 候可以使用這個參數。  

• -c    \\和-b差不多，不過它代表的是 varnish和 client端的通信。  

• -i tag  \\只顯示某個 tag，比如“varnishlog –i SessionOpen”將只顯示新會話，注意，這個地方的tag名字是不區分大小寫的。  

• -I    \\通過正則表達式過濾數據，比如“varnishlog -c -i RxHeader -I Cookie”將顯示所有接到到來自客戶端的包含 Cookie 單詞的頭信息。  

• -o    \\聚合日誌請求 ID  

例如：
varnishlog -c -o /auth/login  這個命令將告訴您來自客戶端（-c）的所有包含”/auth/login” 字段（-o）請求。
varnishlog -c -o ReqStart 192.168.1.100  只跟蹤一個單獨的client請求  

varnishtop

   您可以使用varnishtop 確定哪些URL經常被透傳到後端。    
   適當的過濾使用  –I，-i，-X  和-x 選項，它可以按照您的要求顯示請求的內容，客
戶端，瀏覽器等其他日誌裏的信息。  
   varnishtop -i rxurl    \\您可以看到客戶端請求的 url次數。  
   Varnishtop -i txurl    \\您可以看到請求後端服務器的url次數。  
   Varnishtop -i Rxheader -I Accept-Encoding \\可以看見接收到的頭信息中有有多少次
包含Accept-Encoding。  

varnishstat

顯示一個運行varnishd實例的相關統計數據。  
Varnish 包含很多計數器，請求丟失率，命中率，存儲信息，創建線程，刪除對象等，幾乎所有的操作。通過跟蹤這些計數器，可以很好的瞭解varnish運行狀態。  

varnishadm

通過命令行，控制varnish服務器。可以動態的刪除緩存，重新加載配置文件等。

管理端口有兩種鏈接方式:
1,telnet方式,可以通過telnet來連接管理端口.如:"telnet localhost 6082"
2,varnishadm方式,可以通過varnish自帶的管理程序傳遞命令.如: varnishadm -n vcache -T localhost:6082 help

動態清除緩存
varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082 ban.url /2011111.png
其中：ban.url 後的路徑一定不要帶abc.xxx.com域名之類的，否則緩存清除不了。

清除包含某個子目錄的URL地址：
/usr/local/varnish/bin/varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082 url.purge /a/

不重啓加載配置文件
登陸到管理界面
/usr/local/varnish/bin/varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082  
加載配置文件
vcl.load new.vcl /etc/varnish/default.vcl
編譯出錯的話會有提示，成功會返回200
加載新配置文件
vcl.use new.vcl
此時新的配置文件已經生效！

本文轉自：http://my.oschina.net/u/572653/blog/178201#OSC_h1_1

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