一.Varnish概述

1.Varnish 簡介

Varnish是一款高性能且開源的反向代理服務器和HTTP加速器，其採用全新的軟件體系機構，和現在的硬件體係緊密配合。與傳統的squid相比，Varnish具有高性能、速度快、管理更加方便等優點，目前很多大型的網站都開始嘗試使用Varnish來代替squid，這便是Varnish迅速發展的最根本的原因。

Varnish的主要特徵：

（1）緩存代理位置：可以使用內存也可以使用磁盤；
（2）日誌存儲：日誌存儲在內存中；
（3）支持虛擬內存的使用；
（4）有精確的時間管理機制，即緩存的時間屬性控制；
（5）狀態引擎架構：在不同的引擎上完成對不同的緩存和代理數據進行處理；
（6）緩存管理：以二叉堆管理緩存數據，做到數據的及時清理；

2.Varnish 與Squid 的對比相同點

  • 都是開源軟件；
  • 都是一個反向代理服務器；

Varnish 的優勢

（1）穩定性：Varnish和Squid在完成相同負載的工作時，Squid服務器發生故障的機率要高於Varnish，因為使用Squid需要經常重啟；
（2）訪問速度更快：Varnish所有緩存的數據都是直接從內存中讀取，而Squid是從硬盤中讀取；
（3）支持更多的並發連接：因為Varnish的TCP連接和釋放的速度比Squid快很多

Varnish 的劣勢

（1）Varnish進程一旦重啟，緩存數據都會從內存中完全釋放，此時所有請求都會發送到後端服務器，在高並發情況下，會給後端服務器造成很大壓力；
（2）在Varnish使用中如果使用單個URL的請求通過負載均衡時，則每次請求都會落在不同的Varnish服務器中，造成請求都會到後端服務器；而且同樣的秦桂在多台服務器上緩存，也會造成Varnish的緩存資源的浪費，造成性能下降；

Varnish 劣勢的解決方案

針對劣勢一：在訪問量很大的情況下推薦使用varnish的內存緩存方式啟動，而且後面需要跟多台squid/nginx服務器。主要為了防止前面的varnish服務、服務器被重啟的情況下，大量請求穿透varnish，這樣squid/nginx可以就擔當第二層CACHE，而且也彌補了varnish緩存在內存中重啟都會釋放的問題；
針對劣勢二：可以在負載均衡上做url哈希，讓單個url請求固定請求到一台varnish服務器上;

3.Varnish的工作原理

當Varnish服務器收到客戶端的請求時，首選檢查緩存中是否有數據，如果有，則直接響應客戶端；如果沒有則向後端服務器請求相應的資源，緩存到Varnish服務器本地，再響應客戶端；

根據規則和請求頁面的類型選擇數據是否需要進行緩存，可以根據請求頭中Cache-Contorl判斷是否緩存，以及cookis是否有標記，這些功能都可以通過編寫配置文件的方式來實現。

4.Varnish簡單架構

Varnish分為management進程和child進程

  • management進程：對child進程進行管理，同事對VCL配置進行編譯，並應用到不同的狀態引擎中；
  • child進程：生成線程池，負責對用戶請求進行處理，並通過hash查找返回用戶結果；

child進程生成的常見線程有

  • accept線程：接收新的連接請求並響應；
  • worker線程：會話，處理請求資源；
  • expiry線程：清除緩存中過期的內容；

5.varnish 主要配置部分

  • 後端配置：給Varnish添加反向代理服務器節點，最少配置一個；
  • ACL配置：給Varnish添加訪問控制列表，可以指定這些列表訪問或禁止訪問；
  • probes配置：給Varnish添加探測後端服務器是否正常的規則，方便切換或禁止對應後端服務器；
  • directors配置：給Varnish添加負載均衡模式管理多個後端服務器；
  • 核心子程序配置：給Varnish添加後端服務器切換，請求緩存、訪問控制、錯誤處理等規則；

6.VCL 中內置預設變量：變量(也叫object)：

如圖

（1）req：客戶端請求Varnish服務器時可用的變量；
（2）bereq：Varnish服務器請求後端服務器可用的變量；
（3）beresp：後端服務器響應Varnish服務器請求，並返回結果時，使用的變量；
（4）resp：Varnish服務器響應客戶端請求是使用的變量；
（5）obj：高速緩存對象，緩存後端響應請求內容；
（6）now：作用就是返回當前的時間戳；

客戶端

Clienet.ip：返回客戶端的IP地址
Client.port：獲取客戶端請求的端口號（在vatnish4.0以後需要調取std模塊才能使用）語法為import std； std.port(client.ip)
Client.identiy獲取客戶端標識碼，軟件在安裝過程中會生成一個序列號，用來標識身份

服務器

Server.hostname：服務器主機名
Server.identiy：獲取服務器標識碼
Server.ip：獲取服務器IP地址
Server.prot：獲取服務器IP端口號，需要調用std模塊

客戶端請求req （客戶端請求發送的對象）

  • Req：整個請求的數據結構
  • req.bachend_hint：指定請求後端節點如gif 給圖片服務器
  • Req.can_gzip：客戶端是否接受gzip傳輸編碼（通常瀏覽器支持所有壓縮格式）
  • req.hash_always_miss：是否從緩存中讀取數據
  • req.hash_ignore_busy： 忽略緩存中忙碌的數據死鎖（如兩台varnish服務器在處理過程中共同爭搶一個資源造成堵塞，如果不手動停止則會僵持支持僵持下去）
  • req.http：對應請求http的header
  • req.method ：請求類型或者請求的方式（如gt，post）
  • req.proto：客戶端請求使用的http協議的版本
  • req.restarts：重新啟動次數，默認最大值是4（通常用於判斷是否訪問過服務器）
  • req.url：請求的url
  • req.xid：唯一id，varnish服務器訪問時在頭部增加了X-varnish，後面的數字是varnish的id，第一個數據是請求的標識id，第二個數據是緩存的標識id

varnish請求後端服務器（bereq）

  • bereq：整個後端請求的數據結構
  • bereq.backend：所請求後端節點的配置
  • bereq.between_bytes_timeout：從後端每接收一個字節之間的等待時間或者超時時間
  • bereq.http：對應發送到後端的http的頭部信息
  • bereq.method： 發送到後端的請求類型或者請求方式
  • bereq.proto：發送到後端的請求的http協議版本
  • bereq.retires：相同請求重試計數
  • bereq.uncacheable：請求數據沒有被緩存，或者請求不緩存
  • bereq.url：發送到後端請求的url
  • bereq.xid：請求唯一id

後端服務器向varnish返回數據beresq

  • Beresp：後端服務器響應數據
  • Beresp.backend.ip：後端響應（處理請求數據）服務器的IP地址
  • Beresp.backend.name：後端響應服務器的節點名
  • Beresp.do_gunzip：默認為false，緩存前解壓改對象
  • Beresp.grace：設置緩存過期的額外寬限時間
  • Beresp.http：響應時http的頭部
  • Beresp.keep：對象緩存後帶保持時間
  • Beresp.proto：響應的http版本
  • Beresp.reason ：後端服務器返回的http狀態信息
  • Beresp.status：後端服務器返回的在狀態碼
  • Beresp.storage_hint：指定保存的的特定存儲器（內存）
  • Beresp.ttl：改對象緩存的剩餘時間，指定統一緩存剩餘時間
  • Beresp,uncacheable：對數據不進行緩存

存儲

  • Storage.<name>.free_space：存儲可用空間（字節數）
  • Storage.<name>.used_space：存儲剩餘時間（字節數）
  • Storage.<name>.happy：存儲節點狀態
  • deliver將數據發送給客戶端，返回的數據
  • fetch從後端獲取數據，並將數據緩存到本地

7.特定功能語句

  • Ban（expression）：清除指定對象緩存；
  • Call(subroutine)：調用子程序；
  • Hash_data（input）：根據input的子程序的值生成hash鍵；
  • New（）：創建新的vcl對象，只能在vcl_init 子進程中；
  • Return（）：結束當前子程序，並指定繼續下一步動作；
  • Rollback()：恢復HTTP 頭到原來狀態，已經棄用，使用std.rollback() 代替；
  • Synthetic （STRING）：合成器，定義返回給客戶端頁面和狀態碼；
  • Regsub（str，regex，sub）使用正則表達式替換第一次出現的字符串；
  • Regsuball（str，regex,sub）替換所有出現的字符串；

8.varnish請求處理的步驟

如圖

varnish請求處理的步驟

Receive狀態（vcl_recv）。也就是請求處理的入口狀態，根據VCL規則判斷該請求應該pass（vcl_pass）或是pipe（vcl_pipe），還是進入lookup（本地查詢）。
Lookup狀態。進入該狀態後，會在hash表中查找數據，若找到，則進入hit（vcl_hit）狀態，否則進入miss（vcl_miss）狀態。
Pass（vcl_pass）狀態。在此狀態下，會直接進入後端請求，即進入fetch（vcl_fetch）狀態
Fetch（vcl_fetch）狀態。在fetch狀態下，對請求進行後端獲取，發送請求，獲得數據，並根據設置進行本地存儲。
Deliver（vcl_deliver）狀態。將獲取到的數據發給客戶端，然後完成本次請求。
Pipe狀態。建立客戶端和服務器之間的直接連接，從後端服務器調取數據

vcl_recv子程序：開始處理請求，通過return (動作);
vcl_pipe子程序： pipe模式處理，該模式主要用於直接取後端響應內容返回客戶端，可定義響應內容返回客戶端。
vcl_pass子程序： pass模式處理，該模式類似hash緩存模式，僅不做緩存處理.
vcl_hit子程序： hash緩存模式時，存在hash緩存時調用，用於緩存處理，可放棄或修改緩存.
vcl_miss子程序： hash緩存模式時，不存在hash緩存時調用，用於判斷性的選擇進入後端取響應內容，可以修改為pass模式。
vcl_hash子程序： hash緩存模式，生成hash值作為緩存查找鍵名提取緩存內容，主要用於緩存hash鍵值處理，可使用hash_data(string)指定鍵值組成結構，可在同一個頁面通過IP或cookie生成不同的緩存鍵值。
vcl_purge子程序：清理模式，當查找到對應的緩存時清除並調用，用於請求方法清除緩存，並報告
vcl_deliver子程序：客戶端交付子程序，在vcl_backend_response子程序後調用（非pipe模式），或vcl_hit子程序後調用，可用於追加響應頭信息，cookie等內容。
vcl_backend_fetch子程序：發送後端請求之前調用，可用於改變請求地址或其它信息，或放棄請求。
vcl_backend_response子程序：後端響應後調用，可用於修改緩存時間及緩存相關信息。
vcl_backend_error子程序：後端處理失敗調用，異常頁面展示效果處理，可自定義錯誤響應內容，或修改beresp.status與beresp.http.Location重定向等。
vcl_synth子程序：自定義響應內容。可以通過synthetic（）和返回值synth調用，這裡可以自定義異常顯示內容，也可以修改resp.status與resp.http.Location重定向。
vcl_init子程序：加載vcl時最先調用，用於初始化VMODs，該子程序不參與請求處理，僅在vcl加載時調用一次。
vcl_fini子程序：卸載當前vcl配置時調用，用於清理VMODs，該子程序不參與請求處理，僅在vcl正常丟棄後調用。

 二.安裝Varnish

下載varnish軟件包鏈接: https://pan.baidu.com/s/1OfnyR-5xFuxMUYJTnhQesA提取碼: m9q4

除了一台varnish服務器，可以再開倆台web服務器，提供web頁面就可以。

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[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提供頁面

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[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

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[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

如果重啟Varnishd如下：

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[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

客戶端訪問如下：

刷新一下

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

Varnish配置文件解釋

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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內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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