Varnish反向代理服务器综合应用

Varnish反向代理服务器

Varnish是一个开源的轻量级Cache和反向代理软件，通常只为http提供缓存，与Squit相比，Varnish具有性能更高、速度更快、管理更方便等优点。

Varnish的特点：

• 基于内存进行缓存，重启后数据将丢失
• 利用虚拟内存方式，IO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位机器上只能支持最大缓存文件大小为2GB，需要更大的缓存文件只有安装64位操作系统
• 具有强大的管理功能
• 利用二叉堆管理缓存文件，可达到积极删除目的

Varnish与Squid比较：

相同点：

• 两者都是反向代理服务器
• 两者都是开源软件

不同点（同时也是Varnish的优点）：

• Varnish稳定性高
• varnish访问速度快
• Varnish可以支持更多的并发连接
• Varnish可以通过管理端口，使用正则表达式批量清除部分缓存

Varnish的缺点：

Varnish在高并发情况下CPU、IO和内存资源开销大
Varnish进程一旦挂起、崩溃或重启，缓存数据都会从内存中释放，此刻所有请求都会发送到后端服务器上，在高并发情况下，会给后端服务器造成很大的压力

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VCL即varnish Configuation Language

它用来定义Varnish的存取策略，需要注意“\”字符在这里没有特别含义，它只是配置语言，并不是编程语言。

VCL语法：

1.vcl_recv函数：
用来接收和处理请求，当请求到达并被成功接收后被调用，通过判断请求的数据来决定如何处理请求。

2.vcl_pipe函数：
在进入pipe模式时被调用，用于将请求直接传递至后端主机，在请求和返回的内容没有变化的情况下，将不变的内容返回给客户端，直到这个连接被关闭。

3.vcl_pass函数：：
在进入pass模式时被调用，用于将请求直接传递至后端主机。后端主机在应答数据后将应答数据发送给客户端，但不进行任何缓存，在当前连接下每次都返回最新的内容。

4.lookup：
在缓存中查找被请求的对象，并且根据查找的结果把控制权交给函数vcl_hit或函数vcl_miss。

5.vcl_hit函数：
在执行lookup指令后，在缓存中找到请求的内容后将自动调用该函数。

6.vcl_miss函数：
在执行lookup指令后，在缓存中没有找到请求的内容时自动条用该方法。此函数可用于判断是否需要从后端服务器获取内容。

7.vcl_fetch函数：
在后端主机更新缓存并且获取内容后调用该方法，接着，通过判断获取的内容来决定是将内容放入缓存，还是直接返回给客户端。

8.vcl_deliver函数：
将在缓存中找到请求的内容发送给客户端前调用此方法。

9.vcl_timeout函数：
在缓存内容到期前调用此函数。

10.vcl_discard函数：
在缓存内容到期后或缓存空间不够时，自动调用该函数。

VCL处理流程图

Varnish处理HTTP请求的过程大致分为如下步骤：

1.Receive状态：请求处理的入口状态，根据VCL规则判断该请求应该Pass或Pipe，还是进入Lookup（本地查询）；

2.Lookup状态：进入此状态后，会在hash表中查找数据，若找到，则进入Hit状态，否则进入Miss状态；

3.Pass状态：在此状态下，会进入后端请求，即进入Fetch状态；

4.Fetch状态：在Fetch状态下，对请求进行后端获取，发送请求，获得数据，并进行本地存储；

5.Deliver状态：将获取到的数据发送给客户端，然后完成本次请求。

Varnish程序环境：

配置文件：

• /etc/varnish/varnish.params（/etc/sysconfig/varnishd）：配置varnish服务进程的工作特性（监听地址，端口，缓存机制等）
• /etc/varnish/default.vcl：配置各Child/Cache线程的工作特性

主程序：

• /usr/sbin/varnishd

CLI interface：

• /usr/bin/varnishadmin：通过此管理工具，完成与Manager Process的交互，进而控制varnish的工作特性

Share Memory Log交互工具：

• /usr/bin/varnishhist：日志历史
• /usr/binvarnishlog：记录详细log（请求报文首部，响应报文首部等）
• /usr/bin/varnishcsa：格式化记录日志
• /usr/bin/varnishstat：日志统计
• /usr/bin/varnishtop：日志排序分析

测试工具程序：

• /usr/bin/varnishtest
  VCL配置文件重载程序：
• /usr/sbin/varnish_reload_vcl：此程序会编译配置文件

Systemd Unit File：

• /usr/lib/systemd/system/varnish.service：varnish服务
• /usr/lib/systemd/system/varnishlog.service：原始记录日志（保存磁在盘上）
• /usr/lib/systemd/system/varnishncsa.service：ncsa格式日志（保存磁在盘上）

系统环境：

主机名	操作系统	IP地址	服务名
Varnish-server	centos7.4	192.168.96.22	varnish 4.0.5
web1	centos7.4	192.168.96.23	httpd 2.4.6
web2	centos7.4	192.168.96.25	httpd 2.4.6
客户机	windows 10	192.168.96.2	网页浏览器

关闭防火墙及Selinux

systemctl stop firewalld
setenforce 0

实现功能：

主要通过Varnish缓存代理服务器对应多台web服务器实现负载均衡与健康监测及日志输出的功能。

开始部署：

负载均衡与健康监测

1.安装varnish（从Centos7开始，varnish已被收入到epel仓库）

yum -y install varnish

2.新建varnish用户

useradd -M -s /sbin/nologin varnish

3.修改varnish目录属主属组

chown -R varnish.varnish /etc/varnish/

4.编辑varnishd主配置文件

vim /etc/varnish/varnish.params

#varnish监听地址及端口
VARNISH_LISTEN_ADDRESS=192.168.96.22
VARNISH_LISTEN_PORT=80

VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS=127.0.0.1
VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT=3500

#线程调优
DAEMON_OPTS="-p thread_pool_min=100 -p thread_pool_max=5000 -p thread_pool_timeout=300"

5.编辑varnish配置文件

vim /etc/varnish/default.vcl

vcl 4.0;

import directors;

#定义健康监测机制
probe check {
    .url="/";            #检测时请求的URL，默认为"/"
    .interval=5s;        #检测频率
    .timeout=1s;         #超时时间
    .window=5;           #基于最近的多少次检查来判断其健康状态
    .threshold=3;        #最近.window中定义的次数至有.threshold的次数是成功的
}

#定义后端服务器web1
backend web1 {
    .host = "192.168.96.23";
    .port = "80";
    .probe=check;       #健康监测
}

#定义后端服务器web2
backend web2 {
    .host="192.168.96.25";
    .port="80";
    .probe=check;      #健康监测
}

sub vcl_init {

    new bar=directors.round_robin();            #轮询
    bar.add_backend(web1);
    bar.add_backend(web2);
}

sub vcl_recv {

    set req.backend_hint=bar.backend();
}

sub vcl_backend_response {

}

#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，Varnish提供服务";
        } else {
                set resp.http.X-Cache = "MISS，web服务器提供服务";
        }
    return (deliver);
}

6.启动varnish服务

systemctl start varnish

7.查询varnish端口监听

netstat tunlp | grep varnish

8.功能测试

8.1.在Varnish服务器上开启监控

varnishstat

8.2.在windows 10 中通过网页浏览器访问http://192.168.96.22,可以实现负载均衡

8.3通过fiddler抓包测试：

8.4.回到Varnish服务器查看监控页面，可以看到它的命中率（这里我仅测试了203次）

Varnish日志管理

Varnish是通过内存共享的方式提供日志的，主要提供了两种日志输出形式，分别是：

1.通过自带的Varnish指令获得Varnish详细的系统运行日志；
2.通过自带的Varnishncsa指令得到类似Apache的combined输出格式的日志；

1.创建varnish的cache及log文件夹

#创建cache/log目录
mkdir -p /data/varnish/cache
mkdir -p /data/varnish/log

#修改目录的属主、属组信息
chown -R /data/varnish/

2.创建varnishncsa管理脚本

vim /etc/init.d/varnishncsa

#!/bin/sh

if [ "$1" = "start" ];then
        /usr/bin/varnishncsa -n /data/varnish/cache -w /data/varnish/log/varnish.log & 2> /dev/null

elif [ "$1" = "stop" ];then
        killall varnishncsa
else
        echo $0 "{start | stop}"
fi

3.修改varnishncsa脚本权限

chmod 755 /etc/init.d/varnishncsa

4.启动varnishncsa脚本

/etc/init.d/varnishncsa start

5.验证日志是否成功

Varnish服务器log目录下已经是生成日志文件

实时查看该日志文件，当有客户端访问会直接显示出记录

Linux内核参数的优化

1.以下为官方给出的内核参数优化项

vim /etc/sysctl.conf

net.ipv4.ip_local_port_range=1024 65535
net.core.rmem_max=16777216
net.core.wmem_max=16777216
net.ipv4.tcp_rmem=4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem=4096 65535 16777216
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
net.core.netdev_max_backlog=30000
net.ipv4.tcp_no_metrics_save=1
net.core.somaxconn=262144
net.ipv4.tcp_syncookies=1
net.ipv4.tcp_max_orphans=262144
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=262144
net.ipv4.tcp_synack_retries=2
net.ipv4.tcp_syn_retries=2

2.重新加载配置

sysctl -p

系统资源优化

这里为临时修改，永久修改需放入varnish的启动脚本中

ulimit -HSn 131072
ulimit -HSc unlimited