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Nginx模塊fastcgi_cache的幾個注意點

在web項目中,大家都已經非常熟悉其架構流程了。都說Cache是萬金油,哪裡不舒服抹哪裡。這些流程中,幾乎每個環節都會進行cache。從浏覽器到webserver,到cgi程序,到DB數據庫,會進行浏覽器cache,數據cache,SQL查詢的cache等等。對於fastcgi這裡的cache,很少被使用。去年年底,我對nginx的fastcgi_cache進行摸索使用。在我的測試過程中,發現一些WIKI以及網絡上沒被提到的注意點,這裡分享一下。 vcr9vt2/4rXEwfezzM28" class="size-medium wp-image-1078" height="168" src="/uploadfile/2013/1124/20131124124440755.png" width="300" />

從浏覽器到數據庫的流程圖

這裡是我的NGinx配置信息

#增加調試信息
add_header X-Cache-CFC "$upstream_cache_status - $upstream_response_time";
fastcgi_temp_path /dev/shm/nginx_tmp;

#cache設置
fastcgi_cache_path   /dev/shm/nginx_cache  levels=1:2 keys_zone=cfcache:10m inactive=50m;
fastcgi_cache_key "$request_method://$host$request_uri";
fastcgi_cache_methods GET HEAD;
fastcgi_cache   cfcache;
fastcgi_cache_valid   any 1d;
fastcgi_cache_min_uses  1;
fastcgi_cache_use_stale error  timeout invalid_header http_500;
fastcgi_ignore_client_abort on;


 

配置這些參數時,注意每個參數的作用域,像fastcgi_cache_path參數,只能在http配置項裡配置,而fastcgi_cache_min_uses這個參數,可以在http、server、location三個配置項裡配置。這樣更靈活的會每個域名、每個匹配的location進行選擇性cache了。具體的參數作用域,參考FASTCGI模塊的官方WIKI。我為了調試方便,添加了一個『X-Cache-CFC』的http響應頭,$upstream_cache_status 變量表示此請求響應來自cache的狀態,分別為:

  • MISS 未命中
  • EXPIRED – expired, request was passed to backend Cache已過期
  • UPDATING – expired, stale response was used due to proxy/fastcgi_cache_use_stale updating Cache已過期,(被其他nginx子進程)更新中
  • STALE – expired, stale response was used due to proxy/fastcgi_cache_use_stale Cache已過期,響應數據不合法,被污染
  • HIT 命中cache
FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結果為miss,一次也沒命中

FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結果為miss,一次也沒命中

程序代碼是Discuz!論壇, 隨便開啟測試了幾下,發現/dev/shm/nginx_cache/下沒有任何目錄建立,也沒有文件創建。調試的http header響應頭裡的X-Cache-CFC 結果一直是MISS。從服務器進程上來看,Nginx cache manager process 跟Nginx cache loader process 進程也正常運行:

 
root      3100     1  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
www-data  3101  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: worker process
www-data  3102  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: cache manager process
www-data  3103  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: cache loader process
不知道為何會這樣,為何沒有cache成功,我以為我配置參數有問題,只好閱讀WIKI。發現fastcgi_ignore_headers 參數下解釋有這麼一段

fastcgi_ignore_headers
Syntax: fastcgi_ignore_headers field …
Default:
Context: http
server
location
Reference: fastcgi_ignore_headers

This directive forbids processing of the named headers from the FastCGI-server reply. It is possible to specify headers like “X-Accel-Redirect”, “X-Accel-Expires”, “Expires” or “Cache-Control”.

也就是說這個參數的值,將會被忽略掉,同樣被忽略掉的響應頭比如”X-Accel-Redirect”, “X-Accel-Expires”, “Expires” or “Cache-Control”,而nginx配置中並沒有fastcgi_ignore_headers參數的設定,那麼問題會不會出現在FASTCGI響應結果裡包含了類似”X-Accel-Redirect”, “X-Accel-Expires”, “Expires” or “Cache-Control”這幾個響應頭呢?用strace抓包,看了下nginx與fpm進程通訊的數據


####為了確保准確抓到處理該http請求的進程,我把nginx 、fpm都只開啟了一個進程處理。
//strace -ff -tt -s 1000 -o xxx.log -p PHPFPM-PID
14:52:07.837334 write(3, "\1\6\0\1\0\343\5\0X-Powered-By: PHP/5.3.10-1ubuntu3.5\r\nExpires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT\r\nCache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0\r\nPragma: no-cache\r\nContent-type: text/html\r\n\r\nHello cfc4n1362034327\0\0\0\0\0\1\3\0\1\0\10\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0", 256) = 256

//strace -ff -tt -s 1000 -o xxx.log -p Nginx-PID
15:05:13.265663 recvfrom(12, "\1\6\0\1\0\343\5\0X-Powered-By: PHP/5.3.10-1ubuntu3.5\r\nExpires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT\r\nCache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0\r\nPragma: no-cache\r\nContent-type: text/html\r\n\r\nHello cfc4n1362035113\0\0\0\0\0\1\3\0\1\0\10\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0", 4023, 0, NULL, NULL) = 256

從抓取的數據包裡可以看到,fpm確實返回了包含“Expires”、“Cache-Control”頭的http 響應頭信息。那麼疑問來了:

  • nginx的fastcgi_cache沒緩存這條http響應,是因為響應頭裡包含“Expires”、“Cache-Control”的原因嗎?
  • 程序裡並沒有輸出“Expires”、“Cache-Control” http header的代碼,這是誰輸出的呢?
  • 既然是fpm響應的時候,就已經有了,那麼是php的core模塊,還是其他拓展模塊輸出的?
  • “Expires:”時間為何是“Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT”?

疑問比較多,一個一個查起,先從Nginx的fastcgi_cache沒緩存這條http響應查起。我根據測試環境nginx版本1.1.9(ubuntu 12.04默認的),到nginx官方下了對應版本的源碼,搜索了fastcgi參數使用的地方,在http\ngx_http_upstream.c找到了。雖然不能很流程的讀懂nginx的代碼,但粗略的了解,根據了解的情況加以猜測,再動手測試實驗,也得出了結論,確定了nginx的fastcgi_cache的規則。


//ngx_http_upstream.c
//line 3136  當fastcgi響應包含set-cookie時,不緩存
static ngx_int_t
ngx_http_upstream_process_set_cookie(ngx_http_request_t *r, ngx_table_elt_t *h,
    ngx_uint_t offset)
{
#if (NGX_HTTP_CACHE)
    ngx_http_upstream_t  *u;

    u = r->upstream;

    if (!(u->conf->ignore_headers & NGX_HTTP_UPSTREAM_IGN_SET_COOKIE)) {
        u->cacheable = 0;
    }
#endif

    return NGX_OK;
}

//line 3242 當響應頭包含Expires時,如果過期時間大於當前服務器時間,則nginx_cache會緩存該響應,否則,則不緩存
static ngx_int_t
ngx_http_upstream_process_expires(ngx_http_request_t *r, ngx_table_elt_t *h,
    ngx_uint_t offset)
{
    ngx_http_upstream_t  *u;

    u = r->upstream;
    u->headers_in.expires = h;

#if (NGX_HTTP_CACHE)
    {
    time_t  expires;

    if (u->conf->ignore_headers & NGX_HTTP_UPSTREAM_IGN_EXPIRES) {
        return NGX_OK;
    }

    if (r->cache == NULL) {
        return NGX_OK;
    }

    if (r->cache->valid_sec != 0) {
        return NGX_OK;
    }

    expires = ngx_http_parse_time(h->value.data, h->value.len);

    if (expires == NGX_ERROR || expires < ngx_time()) {         u->cacheable = 0;
        return NGX_OK;
    }

    r->cache->valid_sec = expires;
    }
#endif

    return NGX_OK;
}

//line 3199  當響應頭包含Cache-Control時,#####如果####這裡有如果啊。。。
//【注意】如果Cache-Control參數值為no-cache、no-store、private中任意一個時,則不緩存...不緩存...
//【注意】如果Cache-Control參數值為max-age時,會被緩存,且nginx設置的cache的過期時間,就是系統當前時間 + mag-age的值
    if (ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "no-cache", 8 - 1) != NULL
        || ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "no-store", 8 - 1) != NULL
        || ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "private", 7 - 1) != NULL)
    {
        u->cacheable = 0;
        return NGX_OK;
    }

    p = ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "max-age=", 8 - 1);

    if (p == NULL) {
        return NGX_OK;
    }
    ...
    r->cache->valid_sec = ngx_time() + n;
 

也就是說,fastcgi響應http請求的結果中,響應頭包括Expires、Cache-Control、Set-Cookie三個,都會可能不被cache,但不只有這些,別忘了nginx配置中fastcgi_ignore_headers參數設定的部分。以及ngxin的X-ACCEL X-Accel-Redirect、X-Accel-Expires、X-Accel-Charset、X-Accel-Buffering等nginx自定義的響應頭。由於這幾個不常用,我也沒深入研究。通過對nginx的ngx_http_upstream模塊代碼模糊理解,加猜測,以及寫了腳本測試驗證,可以得到結論是正確的。即Nginx fastcgi_cache在緩存後端fastcgi響應時,當響應裡包含“set-cookie”時,不緩存;當響應頭包含Expires時,如果過期時間大於當前服務器時間,則nginx_cache會緩存該響應,否則,則不緩存;當響應頭包含Cache-Control時,如果Cache-Control參數值為no-cache、no-store、private中任意一個時,則不緩存,如果Cache-Control參數值為max-age時,會被緩存,且nginx設置的cache的過期時間,就是系統當前時間 + mag-age的值。

nginx fastcgi_cache 響應expired

nginx fastcgi_cache 響應expired

nginx fastcgi_cache hit命中

nginx fastcgi_cache hit命中

FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結果為miss,一次也沒命中。

FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結果為miss,一次也沒命中。


//逐個測試,測試時,注釋其他的
header("Expires: ".gmdate("D, d M Y H:i:s", time()+10000).' GMT');
header("Expires: ".gmdate("D, d M Y H:i:s", time()-99999).' GMT');
header("X-Accel-Expires:30");
header("Cache-Control: no-cache");
header("Cache-Control: no-store");
header("Cache-Control: private");
header("Cache-Control: max-age=10");
setcookie('cfc4n',"testaaaa");
echo 'Hello cfc4n',time();

到了這裡,疑問1解決了。那麼疑問2、3呢?程序裡並沒有輸出“Expires”、“Cache-Control” http header的代碼,這是誰輸出的呢?既然是fpm響應的時候,就已經有了,那麼是php的core模塊,還是其他拓展模塊輸出的?我精簡了代碼,只輸出一個“hello world”,發現也確實被緩存了。顯然,php腳本程序中並沒輸出http header 的“Expires”、“Cache-Control”,多次測試,最終定位到session_start函數,翻閱源碼找到了這些代碼:


//ext/session/session.c  line:1190 左右
// ...
CACHE_LIMITER_FUNC(private) /* {{{ */
{
	ADD_HEADER("Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT");
	CACHE_LIMITER(private_no_expire)(TSRMLS_C);
}
/* }}} */
//再到這裡3 或者上面幾個 ##默認是nocache
CACHE_LIMITER_FUNC(nocache) /* {{{ */
{
	ADD_HEADER("Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT");

	/* For HTTP/1.1 conforming clients and the rest (MSIE 5) */
	ADD_HEADER("Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0");

	/* For HTTP/1.0 conforming clients */
	ADD_HEADER("Pragma: no-cache");
}
/* }}} */
//這裡2
static php_session_cache_limiter_t php_session_cache_limiters[] = {
	CACHE_LIMITER_ENTRY(public)
	CACHE_LIMITER_ENTRY(private)
	CACHE_LIMITER_ENTRY(private_no_expire)
	CACHE_LIMITER_ENTRY(nocache)
	{0}
};

static int php_session_cache_limiter(TSRMLS_D) /* {{{ */
{
	php_session_cache_limiter_t *lim;

	if (PS(cache_limiter)[0] == '\0') return 0;

	if (SG(headers_sent)) {
		const char *output_start_filename = php_output_get_start_filename(TSRMLS_C);
		int output_start_lineno = php_output_get_start_lineno(TSRMLS_C);

		if (output_start_filename) {
			php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Cannot send session cache limiter - headers already sent (output started at %s:%d)", output_start_filename, output_start_lineno);
		} else {
			php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Cannot send session cache limiter - headers already sent");
		}
		return -2;
	}

	for (lim = php_session_cache_limiters; lim->name; lim++) {
		if (!strcasecmp(lim->name, PS(cache_limiter))) {
			lim->func(TSRMLS_C);   //這裡1
			return 0;
		}
	}

	return -1;
}
// ...

到了這裡,知道原因了,是程序調用session_start時,php的session拓展自己輸出的。session.cache_limit參數來決定輸出包含哪種Expires的header,默認是nocache,修改php.ini的session.cache_limit參數為“none”即可讓session模塊不再輸出這些http 響應頭。或在調用session_start之前,使用session_cache_limiter函數來指定下該參數值。那為什麼要在使用session時,發Expires、Cache-Control的http response header呢?我猜測了下,需要session時,基本上是用戶跟服務器有交互,那麼,既然有交互,就意味著用戶的每次交互結果也可能不一樣,就不能cache這個請求的結果,給返回給這個用戶。同時,每個用戶的交互結果都是不一樣的,nginx也就不能把包含特殊Cache-Control的個人響應cache給其他人提供了。

還有一個無聊的問題“Expires:時間為何是Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT”?我翻閱了session.c這段代碼的添加時間,版本,作者信息,在php官方版本庫中找到了這次提交的信息:

Revision 17092 – (view) (download) (as text) (annotate) – [select for diffs]
Modified Sun Dec 12 14:16:55 1999 UTC (13 years, 2 months ago) by sas
File length: 28327 byte(s)
Diff to previous 16964
Add cache_limiter and cache_expire options. Rename extern_referer_check
to referer_check.

對比session.c兩個版本的變更,果然是這塊代碼。作者是sas,也就是Sascha Schumann, http://php.net/credits.php裡可以看到他的大名。關於這個expires過期時間的問題,有人在stackoverflow也提問過,Why is “Expires” 1981?,別人說那天是他生日。這是真的麼?如果那天是他生日的話,而他增加session.cache_limiter時是1999年,他才17歲,17歲呀。我17歲時在干嘛?還不知道電腦長啥樣,正在玩『超級瑪麗』呢。

好奇的不是我一個人,還有個帖子是epoch date — Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00也問了。另外兩個地址雖然沒問,也有人提到那天是他生日了。http://boinc.berkeley.edu/dev/forum_thread.php?id=2514、https://github.com/codeguy/Slim/issues/157,這些帖子都提到說原帖是http://www.phpbuilder.com/lists/php3-list/199911/3159.php ,我無法訪問,被跳轉到首頁了。用http://web.archive.org找到了歷史快照,發現上下文關系不大,也不能證明是他生日。 我更是好奇的發了兩封郵件到他的不同郵箱裡問他,不過,目前他還沒回復。或許他沒收到、沒看到,或許懶得回了。N年後,“Expires:時間為何是Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT”這個日期,會不會又成了一段奇聞佳話了呢?


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