WEB緩存系統之varnish基礎入門（一）

　　前文我們聊了下http協議里的緩存控制機制以及varnish架構組件介紹，回顧請參考https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/12620538.html；今天我們來聊一下怎樣配置使用varnish；

　　前邊我們說到過varnish有兩個配置文件，一個是/etc/varnish/varnish.params，這個配置文件主要是定義varnishd主控進程的一些運行時參數以及定義varnishd監聽在那個套接字上，以及連接varnish使用的密鑰文件；另外一個配置文件是/etc/varnish/default.vcl這個配置文件其實是varnish.params文件中指定的預設緩存策略配置文件，這個裡面主要是配置緩存相關策略，用varnish專有配置語言vcl寫的配置文件；我們先來瞭解下varnish.params配置文件吧

[root@test_node1-centos7 ~]# vim /etc/varnish/varnish.params 
  
# Varnish environment configuration description. This was derived from
# the old style sysconfig/defaults settings

# Set this to 1 to make systemd reload try to switch VCL without restart.
RELOAD_VCL=1

# Main configuration file. You probably want to change it.
VARNISH_VCL_CONF=/etc/varnish/default.vcl

# Default address and port to bind to. Blank address means all IPv4
# and IPv6 interfaces, otherwise specify a host name, an IPv4 dotted
# quad, or an IPv6 address in brackets.
# VARNISH_LISTEN_ADDRESS=192.168.1.5
VARNISH_LISTEN_PORT=6081

# Admin interface listen address and port
VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS=127.0.0.1
VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT=6082

# Shared secret file for admin interface
VARNISH_SECRET_FILE=/etc/varnish/secret

# Backend storage specification, see Storage Types in the varnishd(5)
# man page for details.
VARNISH_STORAGE="malloc,256M"

# User and group for the varnishd worker processes
VARNISH_USER=varnish
VARNISH_GROUP=varnish

# Other options, see the man page varnishd(1)
#DAEMON_OPTS="-p thread_pool_min=5 -p thread_pool_max=500 -p thread_pool_timeout=300"

　　提示：RELOAD_VCL這個參數主要是指定varnish是否支持不重啟切換VCL配置文件，1表示支持，0表示不支持；這裡一般都是設置成1，在工作中千萬不要隨意重啟varnish，一旦重啟好多緩存項都將失效，很有可能因為緩存失效，前端訪問壓力壓到後端真正的伺服器上，導致伺服器崩潰的情況；VARNISH_VCL_CONF該參數指定緩存策略配置文件，預設是default.vcl，我們可以直接編輯這個文件，然後通過VCL編譯編譯成不同的配置名稱的vcl；VARNISH_LISTEN_PORT該參數指定varnishd對外提供訪問的埠，通常情況在前面沒有代理的情況，我們需要把這個埠改成80或者443；VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS該參數是指定varnish的管理介面接聽地址，為了安全通常使用本機迴環地址，防止遠程連接；VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT該參數指定varnish的管理介面監聽的埠，通常這個埠可以不用更改，因為管理介面一般都只有管理員使用；VARNISH_SECRET_FILE該參數指定varnish的管理介面連接所用到認證文件，通常不需要更改；VARNISH_STORAGE該參數指定varnish的緩存存儲方式，varnish的緩存存儲方式有三種，第一種是malloc記憶體存儲，其配置語法是malloc[,size]，這種存儲方式重啟後所有緩存項都將失效；第二種是file文件，配置語法file[,path[,size[,granularity]]]，通常我們只需要指定文件的路徑及文件大小，這種磁碟文件存儲的方式是黑盒，重啟後所有緩存項都將失效；第三種也是磁碟文件的方式存儲，和第二種不同的是這種存儲方式重啟後所有緩存項都有效，但是這種存儲方式在varnish4.0還處於試驗階段，所以我們能用的就兩種，一種是記憶體存儲，一種是文件黑盒存儲，這兩種方式都是重啟後所有緩存項失效，所以varnish緩存伺服器上不能隨意重啟的；VARNISH_USER和VARNISH_GROUP這兩個參數是指定varnishd進程的啟動用戶和組；DAEMON_OPTS是指定varnish運行時參數，每個參數都需要用-p來加以指定，可重覆多次使用來指定不同的參數；-r表示死定指定參數為只讀狀態；這裡提示下varnish重載VCL配置文件是直接使用varnish的專用重載命令varnish_reload_vcl命令；瞭解了varnishd的vcl配置文件，接下來我們修改下對外提供服務端埠，然後嘗試啟動varnish看看；

 　　提示：因為本機上運行的有httpd把80埠給占用了，我這裡以8000埠為例對外提供服務；同時我們也給定了varnish的緩存是基於文件黑盒存儲方式，並指定其文件大小為500M；

 　　提示：可以看到varnish對外提供服務的埠已經起來了，但是用瀏覽器訪問8000埠提示503，說後端server沒有找到，這是因為預設情況下varnish指定的後端server是127.0.0.1:8080，我們要配置後端主機server可以在defalult.vcl中配置；如下所示

 　　提示：以上配置表示預設後端提供web服務的主機地址是127.0.0.1，埠是8080；通常情況我們是需要更改這個配置文件來指定後端主機和埠的，然後重新編譯該配置文件然後載入使用；

 　　提示:：這樣修改配置文件後，需要用varnishadm這個工具連接到varnish提供的命令行介面上去編譯配置文件，然後再載入使用；首先我們來說說varnishadm這個工具怎麼使用吧

[root@test_node1-centos7 ~]# varnishadm --help
varnishadm: invalid option -- '-'
usage: varnishadm [-n ident] [-t timeout] [-S secretfile] -T [address]:port command [...]
        -n is mutually exlusive with -S and -T
[root@test_node1-centos7 ~]# 

　　提示：以上是varnishadm命令的使用幫助，其實這個命令很好使用，我們只需要用-S（大寫）來指定secret文件，然後用-T來指定varnish主機管理介面監聽的地址和埠即可，當然這樣去連接就是互動式連接，會給我們一個互動式界面輸入命令操作varnish，如果不想互動式使用，在後面可以給命令，有點類似mysql這個工具的用法；接下來我們用varinshadm這個工具來連接下varnish的管理介面；

[root@test_node1-centos7 ~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
200        
-----------------------------
Varnish Cache CLI 1.0
-----------------------------
Linux,3.10.0-693.el7.x86_64,x86_64,-sfile,-smalloc,-hcritbit
varnish-4.0.5 revision 07eff4c29

Type 'help' for command list.
Type 'quit' to close CLI session.

quit
500        
Closing CLI connection
[root@test_node1-centos7 ~]# 

　　提示：看到以上界面就表示用varinshadm工具成功連接到varinsh的管理介面上了，輸入quit表示推出管理界面，輸入help表示參看命令列表

[root@test_node1-centos7 ~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
200        
-----------------------------
Varnish Cache CLI 1.0
-----------------------------
Linux,3.10.0-693.el7.x86_64,x86_64,-sfile,-smalloc,-hcritbit
varnish-4.0.5 revision 07eff4c29

Type 'help' for command list.
Type 'quit' to close CLI session.

help
200        
help [<command>]
ping [<timestamp>]
auth <response>
quit
banner
status
start
stop
vcl.load <configname> <filename>
vcl.inline <configname> <quoted_VCLstring>
vcl.use <configname>
vcl.discard <configname>
vcl.list
param.show [-l] [<param>]
param.set <param> <value>
panic.show
panic.clear
storage.list
vcl.show [-v] <configname>
backend.list [<backend_expression>]
backend.set_health <backend_expression> <state>
ban <field> <operator> <arg> [&& <field> <oper> <arg>]...
ban.list

　　提示：用varnishadm工具連接varnish後每執行一個命令就會返回類似http協議中的狀態碼的數字，其中200就表示命令成功執行並返回相應的內容，這個狀態的意思有點類似http里的狀態碼意思；從上面的help列出命令列表來看，它列出了各個命令的基本使用方法，比如hep命令可以直接使用help表示類出命令列表及命令使用格式，help 某個命令表示查看某個命令的使用方法；如下，我們要查看下ping命令的用法可以在命令行介面上敲help ping 

 　　提示：從上面的幫助信息，我們可以瞭解到ping命令的主要作用是看看varnish是否存活，我們在varnish shell中敲ping命令返回200 和PONG 1585892735 1.0就表示varnish主機上存活的；

　　繼續上面的話題，我們修改了default.vcl配置文件，我們需要怎麼樣去編譯呢？接續查看命令幫助

 　　提示：以上表示vcl.load命令的用法和說明，該命令主要是編譯和載入VCL文件，使用方法是vcl.load +配置名稱（這個名稱是我們自定義的，可以說任何合法名稱）+配置文件名稱；如下

 　　提示：以上就表示編譯default.vcl配置文件，並起名叫test1，我們可以在varnish shell 中敲 vcl.list來查看當前有幾個vcl配置

 　　提示：可以看到有兩個配置，一個是名字為boot的，其狀態是active表示當前正在使用的，另一個是我們剛纔編譯指定的名稱test1，狀態是available表示有效的，可以用的，意思就是我們可以使用vcl.use來切換使用的；接下來我們來看看vcl.use的用法，並嘗試切換我們新編譯的配置；

 　　提示：vcl.use命令主要用來切換至指定配置名稱的配置；從上面的返回結果看，test1現在處於active的狀態，表示現在varnish應用的是test1的配置；接下來我們就可以在瀏覽器在嘗試訪問varnish對外提供訪問的埠；

 　　提示：可以看到我們現在訪問8000埠可以正常得到後端httpd伺服器的響應；說明我們配置的後端主機ip和埠沒有問題；同時上面的結果來看，varnish也是一款反向代理服務軟體，通常varnish可以做反向代理，但是它裡面的調度演算法很簡單隻有輪詢和加權輪詢，之所以演算法少是因為它的強項不是做反向代理伺服器來用，它的強項是做緩存伺服器來用，響應客戶端的請求，很少通過反向代理到後端取資源；

 　　配置好varnish的後端web主機後，接下來我們來瞭解下varnish的配置語言VCL的語法

　　VCL（varnish configuration lanuage）是“域”專有類型的配置語言，主要用於編寫緩存策略的，VCL有多個狀態引擎，狀態之間存在相關性，但狀態引擎彼此互相隔離；每個狀態引擎可使用return(X)指明至那個下一級引擎；每個狀態引擎對應於vcl文件中的一個配置端，即為subroutine，大概處理流程是這樣的，例如vcl_hash --> return(hit) -->vcl_hit；處理過程要看return是什麼，return（hit）就表示下一級處理的subroutine是vcl_hit；

　　varnish4.0VCL語法有如下幾點：

　　1）VCL文件必須是vcl 4.0；開始

　　示例：

 　　提示：以上除了#號開頭的表示現有配置生效的指令；“#”表示註釋

　　2）//和#號和/**/都表示註釋，前兩者表示單行註釋，最後一個表示多行註釋；

　　3）subroutines必須要有sub關鍵字指定

　　示例：

 　　提示：這就表示一個subroutine 名字為vcl_recv

　　4）沒有迴圈，受限於引擎的內建變數

　　5）用return()函數的參數作為下一個操作的關鍵字來結束語句；用return來實現狀態引擎切換；

　　VCL有限狀態機特定：

　　1）每項請求分別處理；

　　2）每個請求在任何給定時間都是獨立於其他請求的；

　　3）狀態是有相關性，但又各自隔離；

　　4）return（action）;退出一種狀態並指定varnish進入下一種狀態；

　　5）內置的VCL代碼始終存在，並附加在你自己的VCL下麵；也就說我們不寫任何VCL代碼，它預設都有自己內置的VCL代碼，且這個代碼始終不變；我們可以用在varnish shell中使用vcl.show -v 指定配置名稱來查看當前生效的配置詳情（預設VCL代碼+自己寫的VCL配置代碼），如下

[root@test_node1-centos7 ~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
200        
-----------------------------
Varnish Cache CLI 1.0
-----------------------------
Linux,3.10.0-693.el7.x86_64,x86_64,-sfile,-smalloc,-hcritbit
varnish-4.0.5 revision 07eff4c29

Type 'help' for command list.
Type 'quit' to close CLI session.


varnish> vcl.list 
200        
active          0 boot


varnish> vcl.show -v boot
200        
// VCL.SHOW 0 1221 input
#
# This is an example VCL file for Varnish.
#
# It does not do anything by default, delegating control to the
# builtin VCL. The builtin VCL is called when there is no explicit
# return statement.
#
# See the VCL chapters in the Users Guide at https://www.varnish-cache.org/docs/
# and http://varnish-cache.org/trac/wiki/VCLExamples for more examples.

# Marker to tell the VCL compiler that this VCL has been adapted to the
# new 4.0 format.
vcl 4.0;

# Default backend definition. Set this to point to your content server.
backend default {
    .host = "192.168.0.99";
    .port = "80";
}

sub vcl_recv {
    # Happens before we check if we have this in cache already.
    #
    # Typically you clean up the request here, removing cookies you don't need,
    # rewriting the request, etc.
}

sub vcl_backend_response {
    # Happens after we have read the response headers from the backend.
    #
    # Here you clean the response headers, removing silly Set-Cookie headers
    # and other mistakes your backend does.
}

sub vcl_deliver {
    # Happens when we have all the pieces we need, and are about to send the
    # response to the client.
    #
    # You can do accounting or modifying the final object here.
}

// VCL.SHOW 1 5479 Builtin
/*-
 * Copyright (c) 2006 Verdens Gang AS
 * Copyright (c) 2006-2014 Varnish Software AS
 * All rights reserved.
 *
 * Author: Poul-Henning Kamp <[email protected]>
 *
 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 * modification, are permitted provided that the following conditions
 * are met:
 * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
 * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
 *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
 *
 * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
 * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
 * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
 * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
 * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
 * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
 * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
 * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
 * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
 * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
 * SUCH DAMAGE.
 *

 *
 * The built-in (previously called default) VCL code.
 *
 * NB! You do NOT need to copy & paste all of these functions into your
 * own vcl code, if you do not provide a definition of one of these
 * functions, the compiler will automatically fall back to the default
 * code from this file.
 *
 * This code will be prefixed with a backend declaration built from the
 * -b argument.
 */

vcl 4.0;

#######################################################################
# Client side


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);
}

sub vcl_pipe {
    # By default Connection: close is set on all piped requests, to stop
    # connection reuse from sending future requests directly to the
    # (potentially) wrong backend. If you do want this to happen, you can undo
    # it here.
    # unset bereq.http.connection;
    return (pipe);
}

sub vcl_pass {
    return (fetch);
}

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_purge {
    return (synth(200, "Purged"));
}

sub vcl_hit {
    if (obj.ttl >= 0s) {
        // A pure unadultered hit, deliver it
        return (deliver);
    }
    if (obj.ttl + obj.grace > 0s) {
        // Object is in grace, deliver it
        // Automatically triggers a background fetch
        return (deliver);
    }
    // fetch & deliver once we get the result
    return (fetch);
}

sub vcl_miss {
    return (fetch);
}

sub vcl_deliver {
    return (deliver);
}

/*
 * We can come here "invisibly" with the following errors: 413, 417 & 503
 */
sub vcl_synth {
    set resp.http.Content-Type = "text/html; charset=utf-8";
    set resp.http.Retry-After = "5";
    synthetic( {"<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>"} + resp.status + " " + resp.reason + {"</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Error "} + resp.status + " " + resp.reason + {"</h1>
    <p>"} + resp.reason + {"</p>
    <h3>Guru Meditation:</h3>
    <p>XID: "} + req.xid + {"</p>
    <hr>
    <p>Varnish cache server</p>
  </body>
</html>
"} );
    return (deliver);
}

#######################################################################
# Backend Fetch

sub vcl_backend_fetch {
    return (fetch);
}

sub vcl_backend_response {
    if (beresp.ttl <= 0s ||
      beresp.http.Set-Cookie ||
      beresp.http.Surrogate-control ~ "no-store" ||
      (!beresp.http.Surrogate-Control &&
        beresp.http.Cache-Control ~ "no-cache|no-store|private") ||
      beresp.http.Vary == "*") {
        /*
        * Mark as "Hit-For-Pass" for the next 2 minutes
        */
        set beresp.ttl = 120s;
        set beresp.uncacheable = true;
    }
    return (deliver);
}

sub vcl_backend_error {
    set beresp.http.Content-Type = "text/html; charset=utf-8";
    set beresp.http.Retry-After = "5";
    synthetic( {"<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>"} + beresp.status + " " + beresp.reason + {"</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Error "} + beresp.status + " " + beresp.reason + {"</h1>
    <p>"} + beresp.reason + {"</p>
    <h3>Guru Meditation:</h3>
    <p>XID: "} + bereq.xid + {"</p>
    <hr>
    <p>Varnish cache server</p>
  </body>
</html>
"} );
    return (deliver);
}

#######################################################################
# Housekeeping

sub vcl_init {
    return (ok);
}

sub vcl_fini {
    return (ok);
}



varnish> 

　　提示：以上就是我們沒有寫任何VCL配置代碼，預設就有的VCL配置代碼；從上面的配置來看，VCL配置語言主要有三類主要語法

　　第一類定義subroutine，主要格式是

sub subroutine {
	...
}

　　第二類是if else條件判斷分支，格式如下

if CONDITION {
	...
} else {	
	...
}
			

　　第三類就是每個subroutine都是需要由return語句結尾，指定下一跳subroutine

　　瞭解了上面的基本語法，我們再來看看VCL的內建函數和關鍵字

　　首先說函數吧，regsub(str,regex,sub)這個函數是VCL內置查找替換字串的一個函數，這個函數只會替換第一次匹配的字串，如果後面有多個字串匹配不予處理；regsuball(str,regex,sub)這個函數和上面的那個函數只有一個區別，這個函數是替換所有匹配的字串；ban(boolean expression)該函數用於清理緩存項的； hash_data(input)對input做hash計算；synthetic(str)該函數用戶合成字元串，通常用於嵌入其他代碼用；

　　關鍵字：call subroutine，return(action),new,set,unset

　　操作符：==, !=, ~, >, >=, <, <=，邏輯操作符&&，||，！，變數賦值=

　　內建變數大概有5類，分別是req.*表示由客戶端發來的請求報文相關；如req.http.*就表示請求首部的變數，如req.http.User-Agent就表示引用http請求報文中的User-Agent首部的值；req.http.Referer就表示應用http請求首部Referer的值；bereq.*是有varnish發往後端主機的http請求相關；如bereq.http.*就表示引用發往後端主機的http請求首部的值，同req.http.*的邏輯上一樣的；beresp.*：由BE主機響應給varnish的響應報文相關；resp.*：由varnish響應給client相關；這四類變數都是同一種邏輯，.http.*就表示引用http對應首部的值；obj.*是存儲在緩存空間中的緩存對象的屬性；

　　常用的變數：

bereq.*, req.*：
    bereq.http.HEADERS
    bereq.request：請求方法；
    bereq.url：請求的url；
    bereq.proto：請求的協議版本；
    bereq.backend：指明要調用的後端主機；
					
    req.http.Cookie：客戶端的請求報文中Cookie首部的值； 
    req.http.User-Agent ~ "chrome"
						
						
    beresp.*, resp.*：
    beresp.http.HEADERS
    beresp.status：響應的狀態碼；
    reresp.proto：協議版本；
    beresp.backend.name：BE主機的主機名；
    beresp.ttl：BE主機響應的內容的餘下的可緩存時長；
						
    obj.*
    obj.hits：此對象從緩存中命中的次數；
    obj.ttl：對象的ttl值
						
server.*
    server.ip
    server.hostname
client.*
    client.ip
	

　　用戶指定變數用set指令來設置，unset表示刪除之意；

　　示例：指定響應首部，如果命中緩存就把對應首部的值設置成“HIT via ”+服務端ip地址，沒有命中對應首部的值就是“MISS via” +服務端ip地址

 　　提示：以上這段配置需要寫在vcl_deliver中，vcl_deliver主要是varnish響應客戶端報文都要經由它處理；有點類似iptables里的postrouting；

　　測試，在瀏覽器中訪問，看看響應首部X-Cache的值就可以判斷該此請求是否被緩存命中；

　　第一次訪問，肯定是不會被緩存命中，因為壓根就沒有緩存，談不上命中，所以第一次訪問X-Cache首部的值應該是"MISS via 192.168.0.99"

 　　提示：可以看到第一次訪問的確是MISS的，那麼第二次和後面的訪問會不會是miss的呢？

 　　提示：第二次訪問X-Cache響應首部的值就變成了hit via 192.168.0.99 說明第二次訪問被緩存命中了；