9 缓存功能

概述

 Nginx 服务器在该方面主要提供了两大方面的方案：一是负载均衡；二是 Web 缓存。

Web 缓存技术简述

 略。

404 错误驱动 Web 缓存

 依靠自身的 Proxy Store 功能对 404 错误进行重定向来实现。当 Nginx 服务器在处理客户端请求时，发现请求的资源数据不存在，会产生 404 错误，然后服务器通过捕获该错误，进一步转向后端服务器请求数据，最后将后端服务器的响应数据传回给客户端，同时在本地进行缓存。从实现原理上：Nginx 服务器向后端服务器发起数据请求并完成 Web 缓存，主要是由产生的 404 错误驱动的。
 以下是一个简单的实现 404 错误驱动 Web 缓存的配置方案片段：

...
location / {
    ...
    root /myweb/server/; #主目录
    error_page 404 = 200 /errpage$request_uri; #404定向到 /errpage 目录下
}

location /errpage/ {
    ...
    internal; #该目录不能通过外部链接直接访问
    alias /home/html/; 
    proxy_pass http://backend/; #后端 upstream 地址或者源地址
    proxy_set_header Accept-Encoding "'"; #后端不返回压缩(gzip/deflate)数据
    proxy_store on; #指定 nginx 将代理返回达到文件保存
    proxy_store_access user:rw group:rw all:r; #配置缓存数据的访问权限
    proxy_temp_path /myweb/server/tmp; #/myweb/server/在同一个硬盘分区内
}

资源不存在驱动 Web 缓存

 该方法同"404 错误驱动 Web 缓存"的方法在原理上大同小异，不同之处是，该方法是通过 location 块的 location if 条件判断直接驱动 Nginx 服务器与后端服务器的通信和 Web 缓存，而后者是对资源不存在引发的 404 错误进行捕获，进而驱动 Nginx 服务器与后端服务器的通信和 Web 缓存。

... #其他配置
location / {
    ... #其他配置
    root /home/html;
    internal; #配置该目录不能通过外部连接直接访问
    alias /home/html/; 
    proxy_set_header Accept-Encoding "'"; #后端不返回压缩(gzip/deflate)数据
    proxy_store on; #指定 nginx 将代理返回达到文件保存
    proxy_store_access user:rw group:rw all:r; #配置缓存数据的访问权限
    proxy_temp_path /myweb/server/tmp; #配置临时目录，该目录要和 /myweb/server/ 在同一个硬盘分区内
    if(!-f $request_filename){ #判断请求资源是否存在
        proxy_pass http://backend/; #配置后端 upstream 地址或者源地址
    }
}

基于 memcached 的缓存机制的 6 个指令

 mencached 是一个高性能的基于分布式的缓存系统，它在内存中开辟一块空间，然后建立一个 Hash 表，将缓存数据通过键/值存储在 Hash 表中进行管理。
 在 Nginx 服务器的标准 HTTP 模块中有一个 ngx_http_memcached_module 模块，专门用于处理和 memcached 相关的配置和功能实现，其指令介绍如下。

1. memcached_pass 指令
    该指令用于配置 memcached 服务器的地址。该语法结构为：
   memcached_pass address;
    其中，address 为 memcached 服务器的地址。支持 IP + 端口的地址或者是域名地址。也可以使用 upstream 指令配置一个 memcached 服务器组，然后将 address 配置为 upstream 的名称。

2. memcached_connect_timeout 指令
    该指令用于配置连接 memcached 服务器的超时时间。该语法结构为：
   memcached_connect_timeout time;
    其中，time 为设置的超时时间，默认为 60s。建议该时间不要超过 75s。

3. memcached_read_timeout 指令
    该指令用于配置 Nginx 服务器向 memcached 服务器发出两次 read 请求之间的等待超时时间，如果在该时间内没有进行数据传输，连接将会被关闭。该语法结构为：
   memcached_read_timeout time;
    其中，time 为设置的超时时间，默认为 60s。

4. memcached_send_timeout 指令
    该指令用于配置 Nginx 服务器向 memcached 服务器发出两次 write 请求之间的等待超时时间，如果在该时间内没有进行数据传输，连接将会被关闭。该语法结构为：
   memcached_send_timeout time;
    其中，time 为设置的超时时间，默认为 60s。

5. memcached_buffer_size 指令
    该指令用于配置 Nginx 服务器用于接收 memcached 服务器响应数据的缓存区大小。该语法结构为：
   memcached_buffer_size size;
    其中，size 为设置的缓存区大小，一般是所在平台的内存页大小的倍数。默认设置为：
   memcached_buffer_size 4k|8k;

6. memcached_next_upstream 指令
    该指令在配置了一组 memcached 服务器的情况下使用。服务器组中 memcached 服务器的访问规则遵循 upstream 指令配置的轮询规则，同时可以使用该指令配置在发生哪些异常情况时，将请求顺次交由下一个组内服务器处理。该语法结构为：
   memcached_next_upstream status...;
    其中，status 为设置的 memcached 服务器返回状态，可以是一个或者多个。这些状态包括：

• error，在建立连接、向 memcached 服务器发送请求或者读取响应头时服务器发生连接错误。
• timeout，在建立连接、向 memcached 服务器发送请求或者读取响应头时服务器发生连接超时。
• invalid_header，memcached 服务器返回的响应头为空或者无效。
• not_found，memcached 服务器未找到对应的键/值对。
• off，无法将请求发送给 memcached 服务器。

 以上是使用 memcached 缓存经常用到的一些指令。在实际配置 Nginx 服务器使用 memcached 时，我们需要对 Nginx 配置的全局遍历 $memcached_key 进行设置。如下：

... #其他配置
server {
    location / {
        ... #其他配置
        set #memcached_key "$uri?$args";
        memcached_pass 192.168.1.4:8080;
        error_page 404 502 504 = @fallback;
    }
    location @fallback{
        proxy_pass http://backend;
    }
    ... #其他配置
}

Proxy Cache 缓存机制

 该机制是 Nginx 服务器自己实现的类似于 squid 的缓存机制，它使用 md5 算法将请求链接 hash 后生成文件系统目录保存响应数据。
 Nginx 服务器在启动后，会生成专门的进程对磁盘上的缓存文件进行扫描，在内存中建立缓存索引，提高访问效率，并且还会生成专门的管理进程对磁盘上的缓存文件进行过期判定、更新等方面的管理。Proxy Cache 缓存机制支持对任意链接响应数据的缓存，不仅限于 200 状态时的数据。从这几点来看，Proxy Cache 缓存机制不管在性能还是在数据管理上要远远优于 Proxy Cache 缓存机制。
 Proxy Cache 缓存机制的一个缺陷是，它没有实现自动清理磁盘上缓存源数据的功能，因此在长时间使用过程中会对服务器存储造成一定的压力。
 在下面这个配置实例中，实现了 Nginx 服务器 Proxy Cache 缓存机制的一般配置：

... #其他配置
http {
    ... #其他配置
    proxy_cache_path /myweb/server/proxycache levels=1:2 max_size=2m inactive=5m
    loader_sleep=1m; keys_zone=MYPROXYCACHE:10m; #配置了缓存数据存放路径和 Proxy Cache 使用的内存 Cache 空间
    proxy_temp_path /myweb/server/tmp; #配置响应数据的临时存放目录
    server {
        ... #其他配置
        proxy_pass http://www.myweb.name/;
        proxy_cache MYPROXYCACHE; #配置使用 MYPROXYCACHE 这个 keys_zone
        proxy_cache_valid 200 302 1h; #配置 200 状态和 302 状态的响应缓存 1 小时
        proxy_cache_valid 301 1d; #配置 301 状态的响应缓存 1 天
        proxy_cache_valid any 1m; #配置其他状态的响应数据缓存 1 分钟
    }
}

 PS：实现对过期缓存的清理:可使用第三方模块ngx_cache_purge

nginx 与 squid 组合

 Squid Cache(简称为 Squid)是目前在大访问量的网站建设中应用非常广泛的 Web 缓存服务器。
 Squid 服务本身不支持在单台服务器统一端口下运行多个进程，这样的话就需要给每一个 Squid 服务分配一台服务器设备，这样非常浪费资源。我们可以运用 Nginx 的这一功能，实现在同一台服务器中运行多个 Squid服务的目的。
 具体配置就是把 Squid 使用 upstream 服务器组配置，然后做负载均衡。

基于第三方模块 ncache 的缓存机制

 如 ncache，说明略。

参考文献

• [Nginx 高性能 Web 服务器详解]