Varnish的file和Malloc二种存储方式的性能效率测试对

Varnish是一个轻量级的Cache和反向代理软件，先进的设计理念和成熟的设计框架是Varnish的主要特点，现在的Varnish总共代码量不大，功能上虽然在不断改进，但是还需要继续丰富和加强。下面总结了Varnish的一些特点：（1）是基于内存缓存，重启后数据将消失。（2）利用虚拟内存方式，io性能好。（3）支持设置0~60秒内的精确缓存时间。（4）VCL配置管理比较灵活。（5）32位机器上缓存文件大小为最大2G。（6）具有强大的管理功能，例如top，stat，admin，list等。（7）状态机设计巧妙，结构清晰。（8）利用二叉堆管理缓存文件，达到积极删除目的。

Varnish的Storage方式可分为两种：1）Malloc 通过malloc获取内存。2）Mmap file 创建大文件，通过二分法分段映射成1G以内的大块。

Varnish进程的工作模式：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。

Varnish的实际压力测试:硬件环境

PowerEdge R610硬件环境 CPU Intel(R) Xeon(R) CPU E5620 @ 2.40GHz内存 12G硬盘 单盘raid0（150G * 3块）

软件环境

OS版本 centos5.4Kernal 2.6.18-164.el5varnishd 2.1.5

测试工具:消减网络频宽/吞吐量,在相同服务器上生成负载,使用ApacheBench工具(修改后的ab)模仿线上访问，将百万的url请求以顺序的方式读取，然后用2台服务器启动多个ab一次产生的请求500个请求循环N次请求到varnish服务器。

测试前设置：1）先将测试机内核可以同时打开的文件描述符的最大值设置到65535。（ulimit -HSn 65532）2） 强制内核不要使用SWAP分区。（echo 0 > /proc/sys/vm/swappiness ）

Varnish的Storage方式1)malloc 通过malloc获取内存。2) Mmap file 创建大文件，通过二分法分段映射成1G以内的大块。

综合测试

1） Malloc 方式启动命令：/opt/varnish-2.1.5/sbin/varnishd -u www -g www -f/opt/varnish-2.1.5/etc/varnish/varnish.vcl -s malloc,2G -w10,5000,10 -T 192.168.1.100:3500

测试详细数据：

varnish压测类型: varnish压测数据His/s: 1.8W/s压测文件大小: 15K（平均）CPU状态(idle%): 60%两块网卡流量: 200M（打满）磁盘的繁忙程度: 0%命中率: 98%

2） Mmap file方式启动命令：/opt/varnish-2.1.5/sbin/varnishd -u www -g www -f/opt/varnish-2.1.5/etc/varnish/varnish_test.vcl -sfile,/data0/varnish_cache/cache_data.txt,2G -w 10,5000,10 -T192.168.1.100:3500

测试详细数据：

varnish压测类型: varnish压测数据His/s: 1.8W/s压测文件大小: 15K（平均）CPU状态(idle%): 50%两块网卡流量: 200M（打满）磁盘的繁忙程度: 100%命中率: 98%

参数详解：-f 指定配置文件-s 选项用来确定 varnish 使用的存储类型和存储容量，我使用的是 malloc 类型（malloc 是一个 C函数，用于分配内存空间）， 1G 定义多少内存被 malloced，1G =1gigabyte。-wmin[,max[,timeout]]指定线程最小和最大空闲时间。这是一个设置thread_pool_min和thread_pool_max、thread_pool_timeout的捷径。如果只有一个值被指定，那么thread_pool_min和thread_pool_max都是用这个值。Thread_poll_timeout会失效。-T Varnish 有一个基于文本的管理接口，启动它的话可以在不停止 varnish 的情况下来 管理 varnish。-t ttl 指定最小的TTL给cache中的内容。这是一个捷径设置default_ttl run-time 选项。

综合分析从varnish服务器的总体上来看，在每秒并发1.8W左右的情况下，采用缓存方式以Mmapfile和Malloc方式都会导致两块网卡跑满，但以Mmapfile的缓存方式启动I/O也会形成瓶颈，原因主要是varnish缓存的数据先会刷到磁盘上，然后在一次行读到内存中，这在访问量大的时候同时也会对I/O造成很大的压力。Malloc缓存方式虽然对I/O没有压力，因所有缓存数据都写到内存中。

Varnish与Squid的对比说到Varnish，不能不提Squid，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，这里分析如下：下面是他们之间的相同点：（1）都是一个反向代理服务器。（2）都是开源软件。

下面是它们的不同点，也是Varnish的优点：（1）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。（2）Varnish访问速度更快，Varnish采用了“Visual PageCache”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。（3）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。（4）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。（5）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，列举如下：1）varnish进程一旦Hang、Crash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。2）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：1）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。2）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。注：上面的解决方法还需要全面的测试，没有经过证实。

具体的vcl配置如下：

backendmyblogserver{.host="192.168.1.100";.port="80";}acllocal{"localhost";"192.168.0.0"/16;}subvcl_recv{if(req.http.host~"^a.com"setreq.backend=myblogserver;}else{error404"UnknownHostName!";}if(req.request=="PURGE"){if(!client.ip~local){error405"NotAllowed.";}return(lookup);}if(req.request=="GET"&&req.url~".(jpg|png|gif|swf|jpeg|ico)$"){unsetreq.http.cookie;}elseif(req.request=="GET"&&req.url~"dpc=1$"){unsetreq.http.cookie;}if(req.http.x-forwarded-for){setreq.http.X-Forwarded-For=req.http.X-Forwarded-For","client.ip;}else{setreq.http.X-Forwarded-For=client.ip;}if(req.request!="GET"&&req.request!="HEAD"&&req.request!="PUT"&&req.request!="POST"&&req.request!="TRACE"&&req.request!="OPTIONS"&&req.request!="DELETE"){return(pipe);}if(req.request!="GET"&&req.request!="HEAD"){return(pass);}if(req.http.Authorization||req.http.Cookie){return(pass);}if(req.request=="GET"&&req.url~".(php)$"){return(pass);}return(lookup);}subvcl_pipe{return(pipe);}subvcl_pass{return(pass);}subvcl_hash{setreq.hash+=req.url;if(req.http.host){setreq.hash+=req.http.host;}else{setreq.hash+=server.ip;}return(hash);}subvcl_hit{if(!obj.cacheable){return(pass);}if(req.request=="PURGE"){setobj.ttl=0s;error200"Purged.";}return(deliver);}subvcl_miss{if(req.request=="PURGE"){error404"Notincache.";}}subvcl_fetch{if(!beresp.cacheable){return(pass);}if(beresp.http.Pragma~"no-cache"||beresp.http.Cache-Control~"no-cache"||beresp.http.Cache-Control~"private"){return(pass);}if(req.request=="GET"&&req.url~".(mp3|jpg|png|gif|swf|jpeg|ico)$"){setberesp.ttl=7d;}if(req.request=="GET"&&req.url~".(js|css)$"){setberesp.ttl=1d;}elseif(req.request=="GET"&&req.url~"dpc=1$"){setberesp.ttl=7d;}return(deliver);}subvcl_deliver{setresp.http.x-hits=obj.hits;if(obj.hits>0){setresp.http.X-Cache="HITcqtel-bbs";}else{setresp.http.X-Cache="MISScqtel-bbs";}}