NGINX 缓存使用指南

一个web缓存坐落于客户端和“原始服务器(origin server)”中间,它保留了所有可见内容的拷贝。

NGINX 缓存使用指南 [proxy_cache]

Nginx

    一个web缓存坐落于客户端和“原始服务器(origin server)”中间,它保留了所有可见内容的拷贝。如果一个客户端请求的内容在缓存中存储,则可以直接在缓存中获得该内容而不需要与服务器通信。这样一来,由于web缓存距离客户端“更近”,就可以提高响应性能,并更有效率的使用应用服务器,因为服务器不用每次请求都进行页面生成工作。
在浏览器和应用服务器之间,存在多种“潜在”缓存,如:客户端浏览器缓存、中间缓存、内容分发网络(CDN)和服务器上的负载平衡和反向代理。缓存,仅在反向代理和负载均衡的层面,就对性能提高有很大的帮助。


  Nginx从0.7.48版本开始,支持了类似Squid的缓存功能。这个缓存是把URL及相关组合当作Key,用md5编码哈希后保存在硬盘上,所以它可以支持任意URL链接,同时也支持404/301/302这样的非200状态码。虽然目前官方的Nginx Web缓存服务只能为指定URL或状态码设置过期时间,不支持类似Squid的PURGE指令,手动清除指定缓存页面,但是,通过一个第三方的Nginx模块,可以清除指定URL的缓存。

  Nginx的Web缓存服务主要由proxy_cache相关指令集和fastcgi_cache相关指令集构成,前者用于反向代理时,对后端内容源服务器进行缓存,后者主要用于对FastCGI的动态程序进行缓存。两者的功能基本上一样。

  最新的Nginx 0.8.32版本,proxy_cache和fastcgi_cache已经比较完善,加上第三方的ngx_cache_purge模块(用于清除指定URL的缓存),已经可以完全取代Squid。我们已经在生产环境使用了 Nginx 的 proxy_cache 缓存功能超过两个月,十分稳定,速度不逊于 Squid。

  在功能上,Nginx已经具备Squid所拥有的Web缓存加速功能、清除指定URL缓存的功能。而在性能上,Nginx对多核CPU的利用,胜过Squid不少。另外,在反向代理、负载均衡、健康检查、后端服务器故障转移、Rewrite重写、易用性上,Nginx也比Squid强大得多。这使得一台Nginx可以同时作为“负载均衡服务器”与“Web缓存服务器”来使用。

一、如何安装和配置基础缓存

我们只需要两个命令就可以启用基础缓存: proxy_cache_pathproxy_cache

proxy_cache_path用来设置缓存的路径和配置,proxy_cache用来启用缓存。

proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m 
                 use_temp_path=off;
server {
...
    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_pass http://my_upstream;
    }
}

proxy_cache_path命令中的参数及对应配置说明如下:

1.用于缓存的本地磁盘目录是/path/to/cache/

2.levels在/path/to/cache/设置了一个两级层次结构的目录。将大量的文件放置在单个目录中会导致文件访问缓慢,所以针对大多数部署,我们推荐使用两级目录层次结构。如果levels参数没有配置,则NGINX会将所有的文件放到同一个目录中。

3.keys_zone设置一个共享内存区,该内存区用于存储缓存键和元数据,有些类似计时器的用途。将键的拷贝放入内存可以使NGINX在不检索磁盘的情况下快速决定一个请求是HIT还是MISS,这样大大提高了检索速度。一个1MB的内存空间可以存储大约8000个key,那么上面配置的10MB内存空间可以存储差不多80000个key。

4.max_size设置了缓存的上限(在上面的例子中是10G)。这是一个可选项;如果不指定具体值,那就是允许缓存不断增长,占用所有可用的磁盘空间。当缓存达到这个上线,处理器便调用cache

manager来移除最近最少被使用的文件,这样把缓存的空间降低至这个限制之下。

5.inactive指定了项目在不被访问的情况下能够在内存中保持的时间。在上面的例子中,如果一个文件在60分钟之内没有被请求,则缓存管理将会自动将其在内存中删除,不管该文件是否过期。该参数默认值为10分钟(10m)。注意,非活动内容有别于过期内容。NGINX不会自动删除由缓存控制头部指定的过期内容(本例中Cache-Control:max-age=120)。过期内容只有在inactive指定时间内没有被访问的情况下才会被删除。如果过期内容被访问了,那么NGINX就会将其从原服务器上刷新,并更新对应的inactive计时器。

6.NGINX最初会将注定写入缓存的文件先放入一个临时存储区域, use_temp_path=off命令指示NGINX将在缓存这些文件时将它们写入同一个目录下。我们强烈建议你将参数设置为off来避免在文件系统中不必要的数据拷贝。use_temp_path在NGINX1.7版本和NGINX Plus R6中有所介绍。

最终, proxy_cache命令启动缓存那些URL与location部分匹配的内容(本例中,为/)。你同样可以将proxy_cache命令添加到server部分,这将会将缓存应用到所有的那些location中未指定自己的proxy_cache命令的服务中。

二、陈旧总比没有强

NGINX内容缓存的一个非常强大的特性是:当无法从原始服务器获取最新的内容时,NGINX可以分发缓存中的陈旧(stale,编者注:即过期内容)内容。这种情况一般发生在关联缓存内容的原始服务器宕机或者繁忙时。比起对客户端传达错误信息,NGINX可发送在其内存中的陈旧的文件。NGINX的这种代理方式,为服务器提供额外级别的容错能力,并确保了在服务器故障或流量峰值的情况下的正常运行。为了开启该功能,只需要添加proxy_cache_use_stale命令即可:

location / {
    ...
    proxy_cache_use_stale error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
}

按照上面例子中的配置,当NGINX收到服务器返回的error,timeout或者其他指定的5xx错误,并且在其缓存中有请求文件的陈旧版本,则会将这些陈旧版本的文件而不是错误信息发送给客户端。

三、缓存微调

NGINX提供了丰富的可选项配置用于缓存性能的微调。下面是使用了几个配置的例子:

proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m
                 use_temp_path=off;

server {
    ...
    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_cache_revalidate on;
        proxy_cache_min_uses 3;
        proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;
        proxy_cache_lock on;

        proxy_pass http://my_upstream;
    }
}

配置解释如下:

  1. proxy_cache_revalidate指示NGINX在刷新来自服务器的内容时使用GET请求。如果客户端的请求项已经被缓存过了,但是在缓存控制头部中定义为过期,那么NGINX就会在GET请求中包含If-Modified-Since字段,发送至服务器端。这项配置可以节约带宽,因为对于NGINX已经缓存过的文件,服务器只会在该文件请求头中Last-Modified记录的时间内被修改时才将全部文件一起发送。
  2. proxy_cache_min_uses设置了在NGINX缓存前,客户端请求一个条目的最短时间。当缓存不断被填满时,这项设置便十分有用,因为这确保了只有那些被经常访问的内容才会被添加到缓存中。该项默认值为1。
  3. proxy_cache_use_stale中的updating参数告知NGINX在客户端请求的项目的更新正在原服务器中下载时发送旧内容,而不是向服务器转发重复的请求。第一个请求陈旧文件的用户不得不等待文件在原服务器中更新完毕。陈旧的文件会返回给随后的请求直到更新后的文件被全部下载。
  4. proxy_cache_lock被启用时,当多个客户端请求一个缓存中不存在的文件(或称之为一个MISS),只有这些请求中的第一个被允许发送至服务器。其他请求在第一个请求得到满意结果之后在缓存中得到文件。如果不启用proxy_cache_lock,则所有在缓存中找不到文件的请求都会直接与服务器通信。

四、NGINX 如何决定是否缓存?

默认情况下,NGINX需要考虑从原始服务器得到的Cache-Control标头。当在响应头部中Cache-Control被配置为Private,No-Cache,No-Store或者Set-Cookie,NGINX不进行缓存。NGINX仅仅缓存GET和HEAD客户端请求。你也可以参照下面的解答覆盖这些默认值。

1、Cache-Control头部可否被忽略?

可以,使用proxy_ignore_headers命令。如下列配置:

ocation /images/ {
    proxy_cache my_cache;
    proxy_ignore_headers Cache-Control;
    proxy_cache_valid any 30m;
    ...
}

NGINX会忽略所有/images/下的Cache-Control头。proxy_cache_valid命令强制规定缓存数据的过期时间,如果忽略Cache-Control头,则该命令是十分必要的。NGINX不会缓存没有过期时间的文件。

2、NGINX能否缓存POST 请求?

可以,使用proxy_cache_methods命令:

proxy_cache_methods GET HEAD POST;

3、NGINX 可以缓存动态内容吗?

可以,提供的Cache-Control头部可以做到。缓存动态内容,甚至短时间内的内容可以减少在原始数据库和服务器中加载,可以提高第一个字节的到达时间,因为页面不需要对每个请求都生成一次。

4、可以使用Cookie作为缓存键的一部分吗?

可以,缓存键可以配置为任意值,如:

proxy_cache_key $proxy_host$request_uri$cookie_jessionid;

5、NGINX 如何处理字节范围请求?

如果缓存中的文件是最新的,NGINX会对客户端提出的字节范围请求传递指定的字节。如果文件并没有被提前缓存,或者是陈旧的,那么NGINX会从服务器上下载完整文件。如果请求了单字节范围,NGINX会尽快的将该字节发送给客户端,如果在下载的数据流中刚好有这个字节。如果请求指定了同一个文件中的多个字节范围,NGINX则会在文件下载完毕时将整个文件发送给客户端。 一旦文件下载完毕,NGINX将整个数据移动到缓存中,这样一来,无论将来的字节范围请求是单字节还是多字节范围,NGINX都可以在缓存中找到指定的内容立即响应。

参考:

NGINX其他优化

NGINX缓存使用官方指南

使用Nginx的proxy_cache缓存功能取代Squid[原创]

Nginx proxy cache官方解释

为Nginx安装清缓存模块——优化nginx服务器性能

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