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nginx proxy_cache 緩存配置詳解

前言：

由于本人工作原因，涉及到網(wǎng)絡(luò)直播領(lǐng)域，其中視頻的回放下載，涉及到了一些視頻下載方面的技術(shù)。針對于一個完整視頻的下載，目前市面上的主流做法是，先將整個視頻流切片，存儲到文件服務(wù)器中，在用戶需要觀看回放視頻時。通過一個視頻回源服務(wù)器，去文件服務(wù)器中逐個請求切片，返回給用戶播放。

今天著重探討的是關(guān)于回源服務(wù)器緩存的配置以及合理的緩存策略。

通過給回源服務(wù)器配置緩存的案例，詳細(xì)講解一整套緩存配置機制，并且可沿用到其他任何緩存配置場景中。

今天的講解分為四點：

回源服務(wù)器的工作是啥為啥
需要給回源服務(wù)器加緩存
如何配置緩存
如何針對業(yè)務(wù)場景配置完備的緩存機制

回源服務(wù)器的工作：

回源服務(wù)器在下面敘述中簡稱：源站如圖所示，在文件下載的過程中，橫跨在cdn與文件服務(wù)器之間，作為下載樞紐。

源站架構(gòu)：源站是nginx+php的webserver架構(gòu)，如圖所示：

但如果源站只是簡單的收到請求，然后下載資源，再返回，勢必會存在以下幾點不夠優(yōu)化的問題：

1、cdn可能存在多次回源現(xiàn)象

2、源站對同一資源的多次下載，存在網(wǎng)絡(luò)流量帶寬浪費，以及不必要的耗時。

所以為了優(yōu)化這些問題，需要給源站做一層緩存。緩存策略采用nginx自帶的proxy_cache模塊。

proxy_cache原理：

proxy_cache模塊的工作原理如圖所示：

如何配置proxy_cache模塊

在nginx.conf文件中添加如下代碼：

http{
  ......
  proxy_cache_path/data/nginx/tmp-test levels=1:2 keys_zone=tmp-test:100m inactive=7d max_size=1000g;
}

代碼說明：

proxy_cache_path 緩存文件路徑

levels 設(shè)置緩存文件目錄層次；levels=1:2 表示兩級目錄

keys_zone 設(shè)置緩存名字和共享內(nèi)存大小

inactive 在指定時間內(nèi)沒人訪問則被刪除

m ax_size 最大緩存空間，如果緩存空間滿，默認(rèn)覆蓋掉緩存時間最長的資源。

當(dāng)配置好之后，重啟nginx，如果不報錯，則配置的proxy_cache會生效

查看 proxy_cache_path / data/ nginx / 目錄，會發(fā)現(xiàn)生成了 tmp -test 文件夾。

如何使用proxy_cache

在你對應(yīng)的nginx vhost server配置文件中添加如下代碼:

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/;
}

配置項介紹： Proxy_cache tmp -test 使用名為 tmp -test 的對應(yīng)緩存配置

proxy_cache_valid 200 206 304 301 302 10d; 對httpcode為200…的緩存10天

proxy_cache_key $uri 定義緩存唯一key,通過唯一key來進行hash存取

proxy_set_header 自定義http header頭，用于發(fā)送給后端真實服務(wù)器。

proxy_pass 指代理后轉(zhuǎn)發(fā)的路徑，注意是否需要最后的 /

到這里，最基本的 proxy_cache 功能就配置成功了。當(dāng)uri成功匹配到該location,則proxy_cache就會生效。

添加proxy_cache之后，請求過程的變化:

1、第一次訪問：

第一次訪問，proxy_cache并沒有找到對應(yīng)的緩存文件（未命中緩存MISS），所以當(dāng)?shù)谝淮握埱笸瓿傻耐瑫r，proxy_cache會保持緩存：

2、保存緩存，如圖所示：

3、同一個url第二次訪問，當(dāng)同一個文件再次到達源站，proxy_cache就會找到其對應(yīng)的緩存文件（命中緩存HIT）直接返回給請求端，無需再執(zhí)行php程序，如圖所示：

提出疑問：

到此，就完成了最基本的proxy_cache配置和訪問過程介紹，但是最基本的配置，往往無法滿足我們的業(yè)務(wù)需求，我們往往會提出以下幾點疑問和需求：

需要主動清理緩存文件
寫入路徑為一塊磁盤，如果磁盤打滿該怎么解決？
如何讓源站支持?jǐn)帱c續(xù)傳，以及斷點續(xù)傳的緩存策略
如果請求端 range 請求（分片下載）一個大資源，同樣的uri，如何區(qū)別請求？
還需要告訴請求端，資源的過期時間
日志統(tǒng)計，如何配置命中與不命中字段，如何做統(tǒng)計？

面對以上疑問，我們一個一個解決。

問題一：主動清理緩存

采用：nginx proxy_cache_purge 模塊，該模塊與proxy_cache成對出現(xiàn)，功能正好相反。設(shè)計方法：在nginx中，另啟一個server，當(dāng)需要清理響應(yīng)資源的緩存時，在本機訪問這個server。例如: 訪問 127.0.0.1:8083/tmp-test/TL39ef7ea6d8e8d48e87a30c43b8f75e30.txt 即可清理該資源的緩存文件。配置方法：

location /tmp-test/ {
        allow 127.0.0.1; //只允許本機訪問
        deny all; //禁止其他所有ip
        proxy_cache_purge tmp-test $uri; //清理緩存
    }

proxy_cache_purge：緩存清理模塊 tmp-test：指定的key_zone $uri：指定的生成key的參數(shù) proxy_cache_purge緩存清理過程，如圖所示：

問題二：緩存文件強磁盤打滿該怎么辦？

由于寫入路徑為一個單一目錄，只能寫入一塊磁盤。一塊磁盤很快就會被打滿，解決該問題有如下兩種方法：

1、將多塊磁盤做磁盤陣列？缺點是：減小了實際的存儲空間。

2、巧妙得運用proxy_cache_path的目錄結(jié)構(gòu)，由于levels=1:2，這導(dǎo)致緩存文件的目錄結(jié)構(gòu)為兩層，每層目錄名，都是由hash函數(shù)生成。如圖所示：

總共含有16*16*16=4096個文件目錄。對該一級目錄進行軟連接，分別將0-f軟連接到你所需要的指定磁盤目錄上，如圖所示：

通過軟鏈的方法，實現(xiàn)：將不同盤下的目錄作為真正存放數(shù)據(jù)的路徑，解決了多盤利用，單盤被打滿的問題。

問題三：支持range（斷點續(xù)傳）

添加上緩存代理之后，客戶端發(fā)起的range請求將會失效，如下圖所示：

導(dǎo)致range參數(shù)無法傳遞到下一級的原因如下：

當(dāng)緩存代理轉(zhuǎn)發(fā)http請求到后端服務(wù)器時，http header會改變，header中的部分參數(shù)，會被取消掉。其中range參數(shù)被取消，導(dǎo)致，后端nginx服務(wù)器沒有收到range參數(shù)，最終導(dǎo)致這個分片下載不成功。所以需要對代理轉(zhuǎn)發(fā)的header進行配置。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/;
}

紅色部分的含義：將http請求中的range值（$http_range）放到代理轉(zhuǎn)發(fā)的http請求頭中作為參數(shù)range的值。

問題四，當(dāng)支持range加載后，proxy_cache_key，則需要重新配置：

如果請求端 Range請求（分片下載）一個大資源，同樣的uri，proxy cache如何識別資源對應(yīng)的key。由于nginx配置為：proxy_cache_key $uri，用uri作為key 所以當(dāng)請求為普通請求和range請求時，都是同樣的uri作為key。proxy_cache將有可能導(dǎo)致錯誤返回。如下圖所示：

解決方法如下：修改proxy_cache_key ，配置proxy_cache_key $http_range$uri; 這樣就能解決：key唯一性。可以避免不管是正常請求還是不同的range請求，第一次獲取的內(nèi)容和之后獲取的緩存內(nèi)容都不會出現(xiàn)異常。

問題五：如何配置-返回過期時間

需要通過返回過期時間來指定請求端，哪些資源需要緩存，哪些資源不緩存，

參數(shù)	正常請求	range請求
返回過期時間	返回	不返回

為了防止請求端將分片資源當(dāng)做完整資源緩存起來，我們需要對正常請求，返回過期時間；對range請求，不返回過期時間。解決該問題，通過對nginx配置即可解決：

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中加入對$http_range的判斷，expires 表示過期時間。 2592000s指緩存過期時間。

問題七：緩存命中情況如何在http頭中體現(xiàn)，以及在nginx日志中查看

解決方法：

利用nginx $upstream_cache_status變量:該變量代表緩存命中的狀態(tài)，

如果命中，為HIT；如果未命中，為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;

http返回head截圖：

nginx log日志截圖：

總結(jié)：

整個一套完備的緩存策略就介紹到此，這套方案中不僅實現(xiàn)了基本的緩存配置，還解決了實際場景應(yīng)用中會遇到的，磁盤擴展，緩存清理，斷點續(xù)傳，緩存過期時間，緩存命中提示等問題，只要將這套方案靈活運用，不管是再復(fù)雜的場景，基本都能滿足需求。以上都是我在工作中爬過的坑，不斷完善總結(jié)出的結(jié)果，希望對讀者能有幫助。

到此這篇關(guān)于nginx proxy_cache 緩存配置詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)nginx proxy_cache 緩存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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