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nginx proxy_cache 缓存配置

  发布时间 : 2018-11-14 15:24:02 158
内容提要
由于本人工作原因,涉及到网络直播领域,其中视频的回放下载,涉及到了一些视频下载方面的技术。针对于一个完整视频的下载,目前
由于本人工作原因,涉及到网络直播领域,其中视频的回放下载,涉及到了一些视频下载方面的技术。针对于一个完整视频的下载,目前市面上的主流做法是,先将整个视频流切片,存储到文件服务器中,在用户需要观看回放视频时。通过一个视频回源服务器,去文件服务器中逐个请求切片,返回给用户播放。
今天着重探讨的是关于回源服务器缓存的配置以及合理的缓存策略。
通过给回源服务器配置缓存的案例,详细讲解一整套缓存配置机制,并且可沿用到其他任何缓存配置场景中。

今天的讲解分为四点:
回源服务器的工作是啥
为啥需要给回源服务器加缓存
如何配置缓存
如何针对业务场景配置完备的缓存机制

回源服务器的工作:
回源服务器在下面叙述中简称:源站
如图所示,在文件下载的过程中,横跨在cdn与文件服务器之间,作为下载枢纽。

源站架构:源站是nginx+php的webserver架构,如图所示:



但如果源站只是简单的收到请求,然后下载资源,再返回,势必会存在以下几点不够优化的问题:
1、cdn可能存在多次回源现象
2、源站对同一资源的多次下载,存在网络流量带宽浪费,以及不必要的耗时。
所以为了优化这些问题,需要给源站做一层缓存。缓存策略采用nginx自带的proxy_cache模块。

proxy_cache原理:
proxy_cache模块的工作原理如图所示:


如何配置proxy_cache模块
在nginx.conf文件中添加如下代码:
http{
......
proxy_cache_path/data/nginx/tmp-test levels=1:2 keys_zone=tmp-test:100m inactive=7d max_size=1000g;
}
代码说明:
proxy_cache_path 缓存文件路径

levels 设置缓存文件目录层次;levels=1:2 表示两级目录

keys_zone 设置缓存名字和共享内存大小

inactive 在指定时间内没人访问则被删除

max_size 最大缓存空间,如果缓存空间满,默认覆盖掉缓存时间最长的资源。

当配置好之后,重启nginx,如果不报错,则配置的proxy_cache会生效

查看  proxy_cache_path /data/nginx/目录,
会发现生成了tmp-test文件夹。

如何使用proxy_cache
在你对应的nginx vhost server配置文件中添加如下代码:
location /tmp-test/ {
proxy_cache tmp-test;
proxy_cache_valid  200 206 304 301 302 10d;
proxy_cache_key $uri;
proxy_set_header Host $host:$server_port;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_passhttp://127.0.0.1:8081/media_store.php/tmp-test/;
}
配置项介绍:
Proxy_cache tmp-test 使用名为tmp-test的对应缓存配置
proxy_cache_valid  200 206 304 301 302 10d; 对httpcode为200…的缓存10天

proxy_cache_key $uri  定义缓存唯一key,通过唯一key来进行hash存取

proxy_set_header  自定义http header头,用于发送给后端真实服务器。

proxy_pass  指代理后转发的路径,注意是否需要最后的/

到这里,最基本的proxy_cache功能就配置成功了。当uri成功匹配到该location,则proxy_cache就会生效。

添加proxy_cache之后,请求过程的变化:
1、第一次访问:


第一次访问,proxy_cache并没有找到对应的缓存文件(未命中缓存MISS),所以当第一次请求完成的同时,proxy_cache会保持缓存:
2、保存缓存,如图所示:

3、同一个url第二次访问,当同一个文件再次到达源站,proxy_cache就会找到其对应的缓存文件(命中缓存HIT)直接返回给请求端,无需再执行php程序,如图所示:


提出疑问:
到此,就完成了最基本的proxy_cache配置和访问过程介绍,但是最基本的配置,往往无法满足我们的业务需求,我们往往会提出以下几点疑问和需求:
需要主动清理缓存文件
写入路径为一块磁盘,如果磁盘打满该怎么解决?
如何让源站支持断点续传,以及断点续传的缓存策略
如果请求端 range 请求(分片下载)一个大资源,同样的uri,如何区别请求?
还需要告诉请求端,资源的过期时间
日志统计,如何配置命中与不命中字段,如何做统计?
面对以上疑问,我们一个一个解决。

问题一:主动清理缓存
采用:nginx  proxy_cache_purge 模块 ,该模块与proxy_cache成对出现,功能正好相反。
设计方法:在nginx中,另启一个server,当需要清理响应资源的缓存时,在本机访问这个server。
例如:
访问 127.0.0.1:8083/tmp-test/TL39ef7ea6d8e8d48e87a30c43b8f75e30.txt 即可清理该资源的缓存文件。
配置方法:
location /tmp-test/ {
allow 127.0.0.1; //只允许本机访问
deny all; //禁止其他所有ip
proxy_cache_purge tmp-test $uri;  //清理缓存
}
proxy_cache_purge:缓存清理模块
tmp-test:指定的key_zone
$uri:指定的生成key的参数
proxy_cache_purge缓存清理过程,如图所示:


问题二:缓存文件强磁盘打满该怎么办?
由于写入路径为一个单一目录,只能写入一块磁盘。一块磁盘很快就会被打满,解决该问题有如下两种方法:
1、将多块磁盘做磁盘阵列? 缺点是:减小了实际的存储空间。
2、巧妙得运用proxy_cache_path的目录结构,由于levels=1:2,这导致缓存文件的目录结构为两层,每层目录名,都是由hash函数生成。如图所示:

总共含有16*16*16=4096个文件目录。对该一级目录进行软连接,分别将0-f软连接到你所需要的指定磁盘目录上,如图所示:

通过软链的方法,实现:将不同盘下的目录作为真正存放数据的路径,解决了多盘利用,单盘被打满的问题。

问题三:支持range(断点续传)
添加上缓存代理之后,客户端发起的range请求将会失效,如下图所示:

导致range参数无法传递到下一级的原因如下:
当缓存代理转发http请求到后端服务器时,http header会改变,header中的部分参数,会被取消掉。其中range参数被取消,导致,后端nginx服务器没有收到range参数,最终导致这个分片下载不成功。所以需要对代理转发的header进行配置。
例如:
location /tmp-test/ {
proxy_cache tmp-test;
proxy_cache_valid  200 206 304 301 302 10d;
proxy_cache_key $uri;
proxy_set_header Range $http_range;
proxy_pass http://127.0.0.1:8081/media_store.php/tmp-test/;
}
红色部分的含义:将http请求中的range值($http_range)放到代理转发的http请求头中作为参数range的值。

问题四,当支持range加载后,proxy_cache_key,则需要重新配置:
如果请求端 Range请求(分片下载)一个大资源,同样的uri,proxy cache如何识别资源对应的key。
由于nginx配置为:proxy_cache_key $uri,用uri作为key
所以当请求为普通请求和range请求时,都是同样的uri作为key。proxy_cache将有可能导致错误返回。如下图所示:

解决方法如下:
修改proxy_cache_key ,配置proxy_cache_key $http_range$uri;
这样就能解决:key唯一性。可以避免不管是正常请求还是不同的range请求,第一次获取的内容和之后获取的缓存内容都不会出现异常。

问题五:如何配置-返回过期时间
需要通过返回过期时间来指定请求端,哪些资源需要缓存,哪些资源不缓存,


参数    正常请求    range请求
返回过期时间    返回    不返回
为了防止请求端将分片资源当做完整资源缓存起来,我们需要对正常请求,返回过期时间;对range请求, 不返回过期时间。
解决该问题,通过对nginx配置即可解决:
location /media_store.php {
fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
fastcgi_index  media_store.php;
fastcgi_param  script_FILENAME  $document_root/$fastcgi_script_name;
include        fastcgi_params;
if ( $http_range = ''){
expires 2592000s;
}
}
在proxy_pass代理之后的location中加入对$http_range的判断,expires 表示过期时间。 2592000s指缓存过期时间。

问题七:缓存命中情况如何在http头中体现,以及在nginx日志中查看
解决方法:
利用nginx $UPStream_cache_status变量:该变量代表缓存命中的状态,
如果命中,为HIT;如果未命中,为MISS
在返回nginx server配置中添加:
add_header  Nginx-Cache "$upstream_cache_status";
在nginxlog中添加:
log_format       combinedio  …$upstream_cache_status;


对缓存过期影响的优先级进行排序为:inactvie、源服务器端Expires、源服务器端max-age、proxy_cache_valid


总结:

整个一套完备的缓存策略就介绍到此,这套方案中不仅实现了基本的缓存配置,还解决了实际场景应用中会遇到的,磁盘扩展,缓存清理,断点续传,缓存过期时间,缓存命中提示等问题,只要将这套方案灵活运用,不管是再复杂的场景,基本都能满足需求。以上都是我在工作中爬过的坑,不断完善总结出的结果,希望对读者能有帮助。


缓存过期时间优先级:

(1)在同时设置了源服务器端Expires、源服务器端max-age和nginx cahe端的proxy_cache_valid的情况下,以源服务器端设置的Expires的值为标准进行缓存的过期处理
(2)若在nginx中配置了相关配置项,取消原服务器端Expires对缓存的影响,在同时设置了源服务器端Expires、源服务器端max-age和nginx cahe端的proxy_cache_valid的情况下,以源服务器端max-age的值为标准进行缓存的过期处理
(3)若同时取消源服务器端Expires和源服务器端max-age对缓存的影响,则以proxy_cache_valid设置的值为标准进行缓存的过期处理
(4)   Inactive的值不受上述三个因素的影响,即第一次请求页面之后,每经过inactvie指定的时间,都要强制进行相应的缓存清理。因此inactive的优先级最高。
(5)所以对缓存过期影响的优先级进行排序为:inactvie、源服务器端Expires、源服务器端max-age、proxy_cache_valid



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original :https://blog.csdn.net/dengjiexian123/article/details/53386586

 
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