Varnish – 高性能http加速器

Varnish是一款高性能且开源的反向代理服务器和http加速器。与传统的Squid相比，Varnish具有性能更高、速度更快、管理更方便等诸多优点。作者Poul-Henning Kamp是FreeBSD的内核开发者之一。Varnish采用全新的软件体系架构，和现在的硬件提交配合紧密。在1975年时，储存媒介只有两种：内存与硬盘。但现在计算机系统的内存除了主存外，还包括了cpu内的L1、L2，甚至有L3快取。硬盘上也有自己的快取装置，因此squid cache自行处理物件替换的架构不可能得知这些情况而做到最佳化，但操作系统可以得知这些情况，所以这部份的工作应该交给操作系统处理，这就是 Varnish cache设计架构。

挪威最大的在线报纸 Verdens Gang (http://www.vg.no) 使用3台Varnish代替了原来的12台squid，性能居然比以前更好，这是Varnish最成功的应用案例。

Varnish特点：

基于内存进行缓存，重启后数据将消失
利用虚拟内存方式，I/O性能好
支持设置0~60秒的精确缓存时间
VCL配置管理比较灵活
32位机器上缓存文件大小最大为2G
具有强大的管理功能，例如top、stat、admin、list等
状态机设置巧妙，结构清晰
利用二叉堆管理缓存文件，可达到积极删除目的

Varnish与Squid的对比
Squid是一个高性能的代理缓存服务器，它和varnish之间有诸多的异同点，如下：
相同点：

都是一个反向代理服务器
都是开源软件

不同点，也是Varnish的优点：

Varnish的稳定性很高，两者在完成相同负荷的工作时，Squid服务器发生故障的几率要高于Varnish，因为使用Squid要经常重启。
Varnish访问速度更快，Varnish采用了“Visual Page Cache”技术，所有缓存数据都直接从内存读取，而squid是从硬盘读取，因而Varnish在访问速度方面会更快。
Varnish可以支持更多的并发连接，因为Varnish的TCP连接释放要比Squid快。因而在高并发连接情况下可以支持更多TCP连接。
Varnish可以通过管理端口，使用正则表达式批量的清除部分缓存，而Squid是做不到的。
squid属于是单进程使用单核CPU，但Varnish是通过fork形式打开多进程来做处理，所以是合理的使用所有核来处理相应的请求。

当然，与传统的Squid相比，Varnish也是有缺点的，如下：

varnish进程一旦挂起、崩溃或者重启，缓存数据都会从内存中完全释放，此时所有请求都会发送到后端服务器，在高并发情况下，会给后端服务器造成很大压力。
在varnish使用中如果单个url的请求通过HA/F5（负载均衡）每次请求不同的varnish服务器中，被请求varnish服务器都会被穿透到后端，而且同样的请求会在多台服务器上缓存，也会造成varnish的缓存的资源浪费，也会造成性能下降。

解决方案：

综上所述在访问量很大的情况下推荐使用varnish的内存缓存方式启动，而且后面需要跟多台squid服务器。主要为了防止前面的varnish服务、服务器被重启的情况下，前期肯定会有很多的穿透这样squid可以担当第二层cache，而且也弥补了varnish缓存在内存中重启都会释放的问题。
这样的问题可以在负载均衡上做url哈希，让单个url请求固定请求到一台varnish服务器上，可以解决该问题。

varnish的工作流程
1、进程之间通信
varnish启动或有2个进程 master(management)进程和child(worker)进程。master读入存储配置命令，进行初始化，然后fork，监控child。child则分配线程进行cache工作，child还会做管理线程和生成很多worker线程。

child进程主线程初始化过程中，将存储大文件整个加载到内存中，如果该文件超出系统的虚拟内存，则会减少原来配置mmap大小，然后继续加载，这时候创建并初始化空闲存储结构体，放在存储管理的struct中，等待分配。

接着varnish某个负责接口新http连接的线程开始等待用户，如果有新的http连接，但是这个线程只负责接收，然后唤醒等待线程池中的work线程，进行请求处理。

worker线程读入uri后，将会查找已有的object，命中直接返回，没有命中，则会从后端服务器中取出来，放到缓存中。如果缓存已满，会根据LRU算法，释放旧的object。对于释放缓存，有一个超时线程会检测缓存中所有object的生命周期，如果缓存过期（ttl），则删除，释放相应的存储内存。

2、配置文件各结构之间通信

Varnish安装

wget http://ftp.cs.stanford.edu/pub/exim/pcre/pcre-8.33.tar.gz
tar xzf pcre-8.33.tar.gz
cd pcre-8.33
./configure
make && make install
cd ../

varnish-3.0.4报错如下：

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

报错没找到解决方法，选varnish-3.0.3

wget http://repo.varnish-cache.org/source/varnish-3.0.3.tar.gz
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管理秘钥:

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

修改varnish启动配置:

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

假设你的服务器拥有多颗逻辑处理器，还可以做以下的设置：
/etc/sysconfig/varnish 里面还可以添加自定义的参数，用”-p 参数“的方式添加，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" #这里为添加项

Varnish启动后进入后台运行，同时返回命令行状态。需要注意的是，Varnish运行时会同时启动两个进程，一个主进程，一个是子进程，如果子进程出现问题，主进程将重新生成一个子进程。

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

#通过backend定义了一个名称为webserver的后端主机，“.host”指定后端主机的IP地址或者域名，“.port”指定后端主机的服务端口。
backend webserver {
    .host = "127.0.0.1";
    .port = "8080";
}
#调用vcl_recv开始
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;
        }
    }
#如果请求的类型不是GET、HEAD、PUT、POST、TRACE、OPTIONS、DELETE时，进入pipe模式。注意这里是“&&”的关系
      if (req.request != "GET" &&
      req.request != "HEAD" &&
      req.request != "PUT" &&
      req.request != "POST" &&
      req.request != "TRACE" &&
      req.request != "OPTIONS" &&
      req.request != "DELETE") {
        return (pipe);
    }
#如果请求的类型不是GET与HEAD，则进入pass模式
    if (req.request != "GET" && req.request != "HEAD") {
        return (pass);
    }
    if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) {
        return (pass);
    } #对linuxeye.com域名进行缓存加速，这是个泛域名的概念，也就是所有以linuxeye.com结尾的域名都进行缓存
    if (req.http.host ~ "^(.*).linuxeye.com") {
        set req.backend = webserver;
    }
#对以.jsp、.do、php结尾以及带有?的URL时，直接从后端服务器读取内容
    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);
}

#对于请求类型是GET，并且请求的URL中包含upload，那么就进行缓存，缓存的时间是300秒，即5分钟
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);
}

#下面是添加一个Header标识，以判断缓存是否命中
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可以定制一个错误页面
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"
 "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">
<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);
}

检查VCL配置是否正确:

service varnish configtest

或

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

启动varnish:

service varnish start

查看varnish状态:

service varnish status

动态加载VCL配置:

service varnish reload

停止varnish:

service varnish stop

查看当前varnish监听的80端口:

# 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

查看varnish进程:

# 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访问日志
varnishncsa可以使用NCSA通用日志格式(NCSA Common Log Format)将HTTP请求记录到日志文件.

/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

编辑varnishncsa启动配置

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

启动varnishncsa：

service varnishncsa start

使用logrotate轮询日志文件(每天轮询):

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

日志轮询debug测试:

logrotate -df /etc/logrotate.d/varnish

Sun Sep 22 11:02:00 CST 2013