Varnish – 高效能http加速器

Varnish是一款高效能且開源的反向代理伺服器和http加速器。與傳統的Squid相比，Varnish具有效能更高、速度更快、管理更方便等諸多優點。作者Poul-Henning Kamp是FreeBSD的核心開發者之一。Varnish採用全新的軟體體系架構，和現在的硬體提交配合緊密。在1975年時，儲存媒介只有兩種：記憶體與硬碟。但現在計算機系統的記憶體除了主存外，還包括了cpu內的L1、L2，甚至有L3快取。硬碟上也有自己的快取裝置，因此squid cache自行處理物件替換的架構不可能得知這些情況而做到最佳化，但作業系統可以得知這些情況，所以這部份的工作應該交給作業系統處理，這就是 Varnish cache設計架構。

挪威最大的線上報紙 Verdens Gang () 使用3臺Varnish代替了原來的12臺squid，效能居然比以前更好，這是Varnish最成功的應用案例。

Varnish特點：

基於記憶體進行快取，重啟後資料將消失

利用虛擬記憶體方式，I/O效能好

支援設定0~60秒的精確快取時間

VCL配置管理比較靈活

32位機器上快取檔案大小最大為2G

具有強大的管理功能，例如top、stat、admin、list等

狀態機設定巧妙，結構清晰

利用二叉堆管理快取檔案，可達到積極刪除目的

Varnish與Squid的對比

Squid是一個高效能的代理快取伺服器，它和varnish之間有諸多的異同點，如下：

相同點：

1.都是一個反向代理伺服器

2.都是開源軟體

不同點，也是Varnish的優點：

1.Varnish的穩定性很高，兩者在完成相同負荷的工作時，Squid伺服器發生故障的機率要高於Varnish，因為使用Squid要經常重啟。

2.Varnish訪問速度更快，Varnish採用了“Visual Page Cache”技術，所有快取資料都直接從記憶體讀取，而squid是從硬碟讀取，因而Varnish在訪問速度方面會更快。

3.Varnish可以支援更多的併發連線，因為Varnish的TCP連線釋放要比Squid快。因而在高併發連線情況下可以支援更多TCP連線。

4.Varnish可以透過管理埠，使用正規表示式批次的清除部分快取，而Squid是做不到的。

5.squid屬於是單程式使用單核CPU，但Varnish是透過fork形式開啟多程式來做處理，所以是合理的使用所有核來處理相應的請求。

當然，與傳統的Squid相比，Varnish也是有缺點的，如下：

1.varnish程式一旦掛起、崩潰或者重啟，快取資料都會從記憶體中完全釋放，此時所有請求都會傳送到後端伺服器，在高併發情況下，會給後端伺服器造成很大壓力。

2.在varnish使用中如果單個url的請求透過HA/F5（負載均衡）每次請求不同的varnish伺服器中，被請求varnish伺服器都會被穿透到後端，而且同樣的請求會在多臺伺服器上快取，也會造成varnish的快取的資源浪費，也會造成效能下降。

解決方案：

1.綜上所述在訪問量很大的情況下推薦使用varnish的記憶體快取方式啟動，而且後面需要跟多臺squid伺服器。主要為了防止前面的varnish服務、伺服器被重啟的情況下，前期肯定會有很多的穿透這樣squid可以擔當第二層cache，而且也彌補了varnish快取在記憶體中重啟都會釋放的問題。

2.這樣的問題可以在負載均衡上做url雜湊，讓單個url請求固定請求到一臺varnish伺服器上，可以解決該問題。

varnish的工作流程

1、程式之間通訊
varnish啟動或有2個程式 master(management)程式和child(worker)程式。master讀入儲存配置命令，進行初始化，然後fork，監控child。child則分配執行緒進行cache工作，child還會做管理執行緒和生成很多worker執行緒。

child程式主執行緒初始化過程中，將儲存大檔案整個載入到記憶體中，如果該檔案超出系統的虛擬記憶體，則會減少原來配置mmap大小，然後繼續載入，這時候建立並初始化空閒儲存結構體，放在儲存管理的struct中，等待分配。

接著varnish某個負責介面新http連線的執行緒開始等待使用者，如果有新的http連線，但是這個執行緒只負責接收，然後喚醒等待執行緒池中的work執行緒，進行請求處理。

worker執行緒讀入uri後，將會查詢已有的object，命中直接返回，沒有命中，則會從後端伺服器中取出來，放到快取中。如果快取已滿，會根據LRU演算法，釋放舊的object。對於釋放快取，有一個超時執行緒會檢測快取中所有object的生命週期，如果快取過期（ttl），則刪除，釋放相應的儲存記憶體。

2、配置檔案各結構之間通訊

Varnish安裝

wget 
tar xzf pcre-8.33.tar.gz
cd pcre-8.33
./configure
make && make install
cd ../

varnish-3.0.4報錯如下：

varnishadm.c:48:33: error: editline/readline.h: No such file or directory
varnishadm.c: In function 'cli_write':
varnishadm.c:76: warning: implicit declaration of function 'rl_callback_handler_remove'
varnishadm.c:76: warning: nested extern declaration of 'rl_callback_handler_remove'
varnishadm.c: In function 'send_line':
varnishadm.c:179: warning: implicit declaration of function 'add_history'
varnishadm.c:179: warning: nested extern declaration of 'add_history'
varnishadm.c: In function 'varnishadm_completion':
varnishadm.c:216: warning: implicit declaration of function 'rl_completion_matches'
varnishadm.c:216: warning: nested extern declaration of 'rl_completion_matches'
varnishadm.c:216: warning: assignment makes pointer from integer without a cast
varnishadm.c: In function 'pass':
varnishadm.c:233: error: 'rl_already_prompted' undeclared (first use in this function)
varnishadm.c:233: error: (Each undeclared identifier is reported only once
varnishadm.c:233: error: for each function it appears in.)
varnishadm.c:235: warning: implicit declaration of function 'rl_callback_handler_install'
varnishadm.c:235: warning: nested extern declaration of 'rl_callback_handler_install'
varnishadm.c:239: error: 'rl_attempted_completion_function' undeclared (first use in this function)
varnishadm.c:300: warning: implicit declaration of function 'rl_forced_update_display'
varnishadm.c:300: warning: nested extern declaration of 'rl_forced_update_display'
varnishadm.c:303: warning: implicit declaration of function 'rl_callback_read_char'
varnishadm.c:303: warning: nested extern declaration of 'rl_callback_read_char'
make[3]: *** [varnishadm-varnishadm.o] Error 1
make[3]: Leaving directory `/root/lnmp/src/varnish-3.0.4/bin/varnishadm'
make[2]: *** [all-recursive] Error 1
make[2]: Leaving directory `/root/lnmp/src/varnish-3.0.4/bin'
make[1]: *** [all-recursive] Error 1
make[1]: Leaving directory `/root/lnmp/src/varnish-3.0.4'
make: *** [all] Error 2

報錯沒找到解決方法，選varnish-3.0.3

wget 
tar xzf varnish-3.0.3.tar.gz
cd varnish-3.0.3
export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig
./configure --prefix=/usr/local/varnish --enable-debugging-symbols --enable-developer-warnings --enable-dependency-tracking --with-jemalloc
make && make install
/usr/bin/install -m 755 ./redhat/varnish.initrc /etc/init.d/varnish
/usr/bin/install -m 644 ./redhat/varnish.sysconfig /etc/sysconfig/varnish
/usr/bin/install -m 755 ./redhat/varnish_reload_vcl /usr/local/varnish/bin
useradd -M -s /sbin/nologin varnish
ln -s /usr/local/varnish/sbin/varnishd /usr/sbin/
ln -s /usr/local/varnish/bin/varnish_reload_vcl /usr/bin/
ln -s /usr/local/varnish/bin/varnishadm /usr/bin/
chkconfig --add varnish
chkconfig varnish on

生成varnish管理秘鑰:

uuidgen > /usr/local/varnish/etc/varnish/secret
chmod 644 /usr/local/varnish/etc/varnish/secret

修改varnish啟動配置:

sed -i "s@^VARNISH_VCL_CONF=/etc/varnish/default.vcl@#VARNISH_VCL_CONF=/etc/varnish/default.vcl\nVARNISH_VCL_CONF=/usr/local/varnish/etc/varnish/linuxeye.vcl@" /etc/sysconfig/varnish
sed -i "s@^VARNISH_LISTEN_PORT=6081@#VARNISH_LISTEN_PORT=6081\nVARNISH_LISTEN_PORT=80@" /etc/sysconfig/varnish
sed -i "s@^VARNISH_SECRET_FILE=/etc/varnish/secret@#VARNISH_SECRET_FILE=/etc/varnish/secret\nVARNISH_SECRET_FILE=/usr/local/varnish/etc/varnish/secret@" /etc/sysconfig/varnish
sed -i "s@^VARNISH_STORAGE_FILE=/var/lib/varnish/varnish_storage.bin@#VARNISH_STORAGE_FILE=/var/lib/varnish/varnish_storage.bin\nVARNISH_STORAGE_FILE=/usr/local/varnish/var/varnish_storage.bin@" /etc/sysconfig/varnish
sed -i "s@^VARNISH_STORAGE_SIZE.*@VARNISH_STORAGE_SIZE=150M@" /etc/sysconfig/varnish
sed -i "s@^VARNISH_STORAGE=.*@VARNISH_STORAGE=\"malloc,\${VARNISH_STORAGE_SIZE}\"@" /etc/sysconfig/varnish

假設你的伺服器擁有多顆邏輯處理器，還可以做以下的設定：
/etc/sysconfig/varnish 裡面還可以新增自定義的引數，用”-p 引數“的方式新增，如：

DAEMON_OPTS="-a ${VARNISH_LISTEN_ADDRESS}:${VARNISH_LISTEN_PORT} \
             -f ${VARNISH_VCL_CONF} \
             -T ${VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS}:${VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT} \
             -t ${VARNISH_TTL} \
             -w ${VARNISH_MIN_THREADS},${VARNISH_MAX_THREADS},${VARNISH_THREAD_TIMEOUT} \
             -u varnish -g varnish \
             -S ${VARNISH_SECRET_FILE} \
             -s ${VARNISH_STORAGE} \
             -p thread_pools=2" #這裡為新增項

Varnish啟動後進入後臺執行，同時返回命令列狀態。需要注意的是，Varnish執行時會同時啟動兩個程式，一個主程式，一個是子程式，如果子程式出現問題，主程式將重新生成一個子程式。

VCL配置
/usr/local/varnish/etc/varnish/linuxeye.vcl

#透過backend定義了一個名稱為webserver的後端主機，“.host”指定後端主機的IP地址或者域名，“.port”指定後端主機的服務埠。
backend webserver {
    .host = "127.0.0.1";
    .port = "8080";
}
#呼叫vcl_recv開始
sub vcl_recv {
    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;
        }
    }
#如果請求的型別不是GET、HEAD、PUT、POST、TRACE、OPTIONS、DELETE時，進入pipe模式。注意這裡是“&&”的關係
      if (req.request != "GET" &&
      req.request != "HEAD" &&
      req.request != "PUT" &&
      req.request != "POST" &&
      req.request != "TRACE" &&
      req.request != "OPTIONS" &&
      req.request != "DELETE") {
        return (pipe);
    }
#如果請求的型別不是GET與HEAD，則進入pass模式
    if (req.request != "GET" && req.request != "HEAD") {
        return (pass);
    }
    if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) {
        return (pass);
    } #對linuxeye.com域名進行快取加速，這是個泛域名的概念，也就是所有以linuxeye.com結尾的域名都進行快取
    if (req.http.host ~ "^(.*).linuxeye.com") {
        set req.backend = webserver;
    }
#對以.jsp、.do、php結尾以及帶有?的URL時，直接從後端伺服器讀取內容
    if (req.url ~ "\.(jsp|do|php)($|\?)") {
        return (pass);
    } else {
    return (lookup);
    }
}
sub vcl_pipe {
    return (pipe);
}
sub vcl_pass {
    return (pass);
}
sub vcl_hash {
    hash_data(req.url);
    if (req.http.host) {
        hash_data(req.http.host);
    } else {
        hash_data(server.ip);
    }
    return (hash);
}
sub vcl_hit {
    return (deliver);
}
sub vcl_miss {
    return (fetch);
}
#對於請求型別是GET，並且請求的URL中包含upload，那麼就進行快取，快取的時間是300秒，即5分鐘
sub vcl_fetch {
    if (req.request == "GET" && req.url ~ "^/upload(.*)$") {
      set beresp.ttl = 300s;
    }
    if (req.request == "GET" && req.url ~ "\.(png|gif|jpg|jpeg|bmp|swf|css|js|html|htm|xsl|xml|pdf|ppt|doc|docx|chm|rar|zip|ico|mp3|mp4|rmvb|ogg|mov|avi|wmv|txt)$") {
      unset beresp.http.set-cookie;
      set beresp.ttl = 30d;
    }
    return (deliver);
}
#下面是新增一個Header標識，以判斷快取是否命中
sub vcl_deliver {
    if (obj.hits > 0) {
      set resp.http.X-Cache = "HIT from demo.linuxeye.com";
    } else {
      set resp.http.X-Cache = "MISS from demo.linuxeye.com";
    }
    return (deliver);
}
#使用vcl_error可以定製一個錯誤頁面
sub vcl_error {
    set obj.http.Content-Type = "text/html; charset=utf-8";
    set obj.http.Retry-After = "5";
    synthetic {"
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN"
 "
<html>
  <head>
    <title>"} + obj.status + " " + obj.response + {"</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Error "} + obj.status + " " + obj.response + {"</h1>
    <p>"} + obj.response + {"</p>
    <h3>Guru Meditation:</h3>
    <p>XID: "} + req.xid + {"</p>
    <hr>
    <p>Varnish cache server</p>
  </body>
</html>
"};
    return (deliver);
}
sub vcl_init {
        return (ok);
}
sub vcl_fini {
        return (ok);
}

檢查VCL配置是否正確:

service varnish configtest

或

varnishd -C -f /usr/local/varnish/etc/varnish/linuxeye.vcl

啟動varnish:

service varnish start

檢視varnish狀態:

service varnish status

動態載入VCL配置:

service varnish reload

停止varnish:

service varnish stop

檢視當前varnish監聽的80埠:

# netstat -tpln | grep :80
tcp        0      0 0.0.0.0:80                  0.0.0.0:*                   LISTEN      15249/varnishd
tcp        0      0 0.0.0.0:8080                0.0.0.0:*                   LISTEN      19468/nginx
tcp        0      0 :::80                       :::*                        LISTEN      15249/varnishd

檢視varnish程式:

# ps -ef | grep varnishd | grep -v grep
root     15248     1  0 11:47 ?        00:00:00 /usr/sbin/varnishd -P /var/run/varnish.pid -a :80 -f /usr/local/varnish/etc/varnish/linuxeye.vcl -T 127.0.0.1:6082 -t 120 -w 50,1000,120 -u varnish -g varnish -S /usr/local/varnish/etc/varnish/secret -s malloc,150M
varnish  15249 15248  0 11:47 ?        00:00:00 /usr/sbin/varnishd -P /var/run/varnish.pid -a :80 -f /usr/local/varnish/etc/varnish/linuxeye.vcl -T 127.0.0.1:6082 -t 120 -w 50,1000,120 -u varnish -g varnish -S /usr/local/varnish/etc/varnish/secret -s malloc,150M

Varnish訪問日誌
varnishncsa可以使用NCSA通用日誌格式(NCSA Common Log Format)將HTTP請求記錄到日誌檔案.

/usr/bin/install -m 755 ./redhat/varnishncsa.initrc /etc/init.d/varnishncsa
chmod +x /etc/init.d/varnishncsa
chkconfig varnishncsa on
mkdir -p /usr/local/varnish/logs

編輯varnishncsa啟動配置

ln -s /usr/local/varnish/bin/varnishncsa /usr/bin
sed -i 's@^logfile.*@logfile="/usr/local/varnish/logs/varnishncsa.log"@' /etc/init.d/varnishncsa

啟動varnishncsa：

service varnishncsa start

使用logrotate輪詢日誌檔案(每天輪詢):

cat > /etc/logrotate.d/varnish << EOF
/usr/local/varnish/logs/varnishncsa.log {
daily
rotate 5
missingok
dateext
compress
notifempty
sharedscripts
postrotate
    [ -e /var/run/varnishncsa.pid ] && kill -USR1 \`cat /var/run/varnishncsa.pid\`
endscript
}
EOF

全球可信CA機構

Varnish – 高效能http加速器

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