Web Cache
緩存：緩存就是數據交換的緩衝區（cache），當某一硬件要讀取數據時，會首先從緩存中查找需要的數據，如果找到了則直接執行，找不到的話則從內存中找。由於緩存的運行速度比內存快很多，故緩存的作用就是幫助硬件更快的運行。
程序具有局部性：時間局部性，空間局部性。
緩存存儲方式：key-value
Key：訪問路徑，url，hash
Value：web content
熱點數據：局部性的數據；
命中率：hit/(hit+miss)
文檔命中率：從文檔個數進行衡量；
字節命中率：從內容大小進行衡量
注意：
緩存對象：生命週期；定期清理；
緩存空間耗盡：LRU（最近最少使用）
可緩存，不可緩存（用戶私有數據）
緩存處理的步驟：
接收請求 à 解析請求（提取請求的URL及各種首部）à 查詢緩存 à 新鮮度檢測 à 創建響應報文 à 發送響應 à 記錄日誌
新鮮度檢測機制：
過期日期：
HTTP/1.0 Expires
Expires：Thu，04 Jun 2015 23:38:18 GMT
HTTP/1.1 Cache-Control：max-age
Cache-Control：max-age=600
有效性再驗證：revalidate
如果原始內容未改變，則僅響應首部（不附帶body部分），響應碼304（Not modified）
如果原始內容發生改變，則正常響應 ， 響應碼爲200；
如果原始內容消失，則響應404，此時緩存中的cache object也應該被刪除；
條件式請求首部：
If-Modified-Since：基於請求內容的時間戳驗證；
If-Unmodified-Since
If-Match：
If-None-Match：
Etag: faiy89345
常用的開源解決方案：squid ，varnish，本文重點介紹varnish；
Varnish：
程序架構圖：
管理進程：編譯vcl並應用新配置；監控varnish；初始化varnish；CLI接口
Child/cache：
Acceptor：接收新的連接請求；
worker threads：處理用戶請求；
Expiry：清理緩存中的過期對象；
日誌：Shared Memory Log，共享內存日誌大小默認一般爲90MB，分爲兩部分，前一部分爲計數器，後一部分請求相關數據；
vcl：Varnish Configuration Language
保存策略配置接口；
基於“域”的簡單編程語言；
內存分配和回收：
malloc()，free()
varnish如何存儲緩存對象？可以通過以下三種方式；
file：單個文件；不支持持久機制；
malloc：內存
persistent：基於文件的持久存儲；
varnish的主要配置文件及工具：
配置varnish的三種應用：
1. Varnish應用程序的命令行參數；
監聽的socket，使用的存儲類型等等；額外的配置參數；
-p parm=value
-r param，param，…：設定只讀參數列表；
/etc/varnish/varnish.params
2. –p選項指明的參數：
運行時參數：
也可在程序運行中，通過其CLI進行配置；
3. vcl：配置緩存系統的緩存機制；
通過vcl配置文件進行配置；
先編譯，後應用；
依賴於c編譯器；
Note：
1) varnish是一個web代理緩存服務器，既然是代理就要代表原始web服務器工作，所以，接收的用戶請求會首先發送到varnish，那這樣一來按理說就應該監聽在80端口；其實不然，爲了防止和本機的80端口起衝突，varnish默認是監聽在6081端口的；這是因爲雖然varnish爲代理緩存服務器，但並不會讓其直接面向用戶，而是通過前端的nignx或者haproxy將用戶的請求反代至varnish，由varnish完成緩存管理，如果本地緩存沒有，varnish再去查找原始服務器，如果有就直接返回給前端反代服務器。
2) 6082端口爲基於命令行工具去管理和控制varnish的接口，爲了安全起見監聽在本機的127.0.0.1的地址；
演示：使用varnish代理緩存後端web服務
實驗環境：兩臺服務器，一臺作varnish代理緩存服務器，一臺作後端服務器；
Ip地址分配：
varnish緩存服務器：192.168.19.203
後端RS：192.168.19.143
1. 配置文件/etc/varnish/varnish.params如下，（一般默認不改變）
2. 編輯/etc/varnish/default.val文件，反向代理至後端服務器；
3. 啓動varnish服務並查看端口；
4. 訪問網站測試；
Note：後面需要加端口6081,
命令行工具：
varnishadm命令以及vcl配置文件的重載：
重載vcl配置文件：
varnish_reload_vcl
varnishadm命令：
varnishadm -S /etc/varnish/secret -T IP:PORT
vcl：
請求流程圖：
state engine：各引擎之間存在一定程度上的相關性；前一個engine如果可以有多種下游engine，則說明engine需要用return指明要轉移的下游engine；
vcl_recv
vcl_hash
vcl_hit
vcl_miss
vcl_fetch
vcl_deliver
vcl_pipe
vcl_pass
vcl_error
編程語言語法：
1) //，#，/* */用於註釋；會被編譯器忽略；
2) sub $name：用於定義子例程；
sub vcl_recv {
}
3) 不支持循環；
4) 有衆多內置的變量，變量可調用位置與state engine有密切相關性；
5) 支持終止語句，return（action）：沒有返回值；
6) 域專用 ；
7) 操作符：=，==，~，！，&&，||
條件判斷語句：
if (CONDTION) {
} else {
}
變量賦值：set name=value
unset name
req.http.HEADER：調用request報文中http報文中http協議的指定的HEADER首部
req.http.X-Forwarded-For
req.http.Auhtorization
req.http.cookie
req.request：請求方法
client.ip：客戶端IP；
state engine workflow(v3):
vcl_recv --> vcl_hash --> vcl_hit --> vcl_deliver
vcl_recv --> vcl_hash --> vcl_miss --> vcl_fetch --> vcl_deliver
vcl_recv --> vcl_pass --> vcl_fetch --> vcl_deliver
vcl_recv --> vcl_pipe
state engine(v4)
vcl_recv
vcl_pass
vcl_pipe
vcl_hash
vcl_hit
vcl_miss
vcl_backend_fetch
vcl_backend_response
vcl_backend_error
vcl_purge
vcl_synth
https://www.varnish-software.com/book/4.0/chapters/VCL_Basics.html
sub vcl_recv {
if (req.method == "PRI") {
/* We do not support SPDY or HTTP/2.0 */
return (synth(405));
}
if (req.method != "GET" &&
req.method != "HEAD" &&
req.method != "PUT" &&
req.method != "POST" &&
req.method != "TRACE" &&
req.method != "OPTIONS" &&
req.method != "DELETE") {
/* Non-RFC2616 or CONNECT which is weird. */
return (pipe);
}
if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") {
/* We only deal with GET and HEAD by default */
return (pass);
}
if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) {
/* Not cacheable by default */
return (pass);
}
return (hash);
}
定義在vcl_deliver中，向響應給客戶端的報文添加一個自定義首部X-Cache
if (obj.hits>0) {
set resp.http.X-Cache = "HIT";
} else {
set resp.http.X-Cahce = "MISS";
}
演示：通過判斷想應報文緩存命中的次數來判斷是否命中緩存；
1) 編輯配置文件/etc/varnish/default.vcl；
2) 重載配置文件，過程如下；
3) 瀏覽器測試；
Varnish中的內置變量：
變量種類：
client
erver
req
resp
bereq
beresp
obj
storage
bereq
bereq.http.HEADERS: 由varnish發往backend server的請求報文的指定首部；
bereq.request：請求方法；
bereq.url：
bereq.proto：協議的版本
bereq.backend：指明要調用的後端主機；
beresp
beresp.proto：後端服務器響應的協議版本
beresp.status：後端服務器的響應的狀態碼
beresp.reason：原因短語；
beresp.backend.ip：後端響應的ip
beresp.backend.name：BE主機的主機名
beresp.http.HEADER: 從backend server響應的報文的首部；
beresp.ttl：後端服務器響應的內容的餘下的生存時長；
obj
obj.ttl: 對象的ttl值；
obj.hits：此對象從緩存中命中的次數；
server
server.ip
server.hostname
req
resp
演示1：強制對某類資源的請求不檢查緩存，之類以login和admin爲例；
1) 提供測試頁面環境；
2) 訪問測試；
可以看出，第一次沒有命中，但是以後都能命中的。
3) 現在我們修改配置文件，在vcl_recv下添加以下內容，強行對此資源不檢查緩存；
4) 重新裝載配置文件，測試（裝載配置文件過程，這裏不再多說）
可以看出，這兩次訪問，都沒有擊中緩存；
演示2：設定多個後端主機，並分別以負載均衡和動靜分離的方式調度；
動靜分離方式調度：
1) 提供RS2的php頁面測試環境；（注意，要安裝httpd+php）
2) 編輯配置文件，添加內容如下；
3) 重載配置文件，並測試；
訪問.php文件時：
Note：php右上角的圖片沒有顯示出來，是因爲靜態資源發往了192.168.19.144這臺主機，而這臺主機上又沒有這張圖片。所以顯示不出來；
訪問html文件時：
負載均衡調度：使用前需要導入：import director
1) 編輯配置文件，首先導入import director模塊，內容如下；
2) 重載配置文件，測試；
Note：varnish的負載均衡調度是對請求的不同資源的負載均衡調度，請求統一資源，它只會調度至一開始調度的服務器；
定義健康狀態監測；
backend server的定義：
backend name {
.attribute = "value";
}
.host: BE主機的IP；
.port：BE主機監聽的PORT；
.probe: 對BE做健康狀態檢測；
.max_connections：並連接最大數量；
後端主機的健康狀態檢測方式：
probe name {
.attribute = "value";
}
.url: 判定BE健康與否要請求的url;
.expected_response：期望響應狀態碼；默認爲200；
.request：發出的具體請求
.window：基於最近的多少次檢查來判斷其健康狀態；
.threshhold：最近.window中定義的這麼多次檢查中至有.threshhold定義的次數時成功的；
.interval：監測額度；
.timeout：超時時長；
演示3：設定varnish對後端主機做健康狀態監測；
1) 使用varnishadm命令可以查看後端主機是否做了檢測狀態監測；
2) 編輯配置文件/etc/varnish/default.vcl，定義健康狀態監測的probe；
方法一：
方法二：
3) 重載配置文件，查看後端主機是否開啓健康狀態檢測；
4) 瀏覽器訪問測試看是否能正常訪問；
補充：
移除單個緩存對象
purge用於清理緩存中的某特定對象及其變種(variants)，因此，在有着明確要修剪的緩存對象時可以使用此種方式。HTTP協議的PURGE方法可以實現purge功能，不過，其僅能用於vcl_hit和vcl_miss中，它會釋放內存工作並移除指定緩存對象的所有Vary:-變種，並等待下一個針對此內容的客戶端請求到達時刷新此內容。另外，其一般要與return(restart)一起使用。
下面是個在VCL中配置的示例。
acl purgers {
"127.0.0.1";
"192.168.0.0"/24;
}
sub vcl_recv {
if (req.request == "PURGE") {
if (!client.ip ~ purgers) {
error 405 "Method not allowed";
}
return (lookup);
}
}
sub vcl_hit {
if (req.request == "PURGE") {
purge;
error 200 "Purged";
}
}
sub vcl_miss {
if (req.request == "PURGE") {
purge;
error 404 "Not in cache";
}
}
sub vcl_pass {
if (req.request == "PURGE") {
error 502 "PURGE on a passed object";
}
}
客戶端在發起HTTP請求時，只需要爲所請求的URL使用PURGE方法即可，其命令使用方式如下：
# curl -I -X PURGE http://varniship/path/to/someurl
補充資料：
varnish的線程模型：
cache-worker線程
cache-main線程：此線程只有一個，用於啓動caceh；
ban luker：
acceptor：
epoll：線程池管理器
expire：清理過期緩存
varnish定義其最大併發連接數：線程池模型：
thread_pools：線程池個數；默認爲2；
thread_pool_max：單線程池內允許啓動的最多線程個數；
thread_pool_min
thread_pool_timeout：多於thread_pool_min的線程空閒此參數指定的時長後即被purge；
varnish的param查看及改變：
param.show [-l] [param]
param.set [param] [value]
varnish的命令行工具：
varnishadm,
varnishtop: 內存日誌區域查看工具
RxHeader User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/43.0.2357.81 Safari/537.36
其中：
RxHeader：稱爲tag, 基於tag過濾，可使用-i或-x選項；
User-Agent起始的內容：稱爲日誌信息，可使用-I或-X選項進行過濾；
-I regexp: 僅顯示被模式匹配到的條目
-X regexp：僅顯示不被模式匹配到的條目
-C: 忽略字符大小寫；
-d: 顯示已有日誌；
varnishstat：
-f field, field, ...
-l: 列出所有可用字段
-x: xml輸出格式
-j: json輸出格式
varnishlog, varnishncsa