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Nginx模塊fastcgi_cache的幾個(gè)注意點(diǎn)

作者：CFC4N
開發(fā) 開發(fā)工具
去年年底，我對nginx的fastcgi_cache進(jìn)行摸索使用。在我的測試過程中，發(fā)現(xiàn)一些wiki以及網(wǎng)絡(luò)上沒被提到的注意點(diǎn)，這里分享一下。

在web項(xiàng)目中，大家都已經(jīng)非常熟悉其架構(gòu)流程了。都說Cache是萬金油，哪里不舒服抹哪里。這些流程中，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)進(jìn)行cache。從瀏覽器到webserver，到cgi程序，到DB數(shù)據(jù)庫，會(huì)進(jìn)行瀏覽器cache，數(shù)據(jù)cache，SQL查詢的cache等等。對于fastcgi這里的cache，很少被使用。去年年底，我對nginx的fastcgi_cache進(jìn)行摸索使用。在我的測試過程中，發(fā)現(xiàn)一些wiki以及網(wǎng)絡(luò)上沒被提到的注意點(diǎn)，這里分享一下。

從瀏覽器到數(shù)據(jù)庫的流程圖

這里是我的NGinx配置信息

  1. #增加調(diào)試信息  
  2. add_header X-Cache-CFC "$upstream_cache_status - $upstream_response_time";  
  3. fastcgi_temp_path /dev/shm/nginx_tmp;  
  4.    
  5. #cache設(shè)置  
  6. fastcgi_cache_path   /dev/shm/nginx_cache  levels=1:2 keys_zone=cfcache:10m inactive=50m;  
  7. fastcgi_cache_key "$request_method://$host$request_uri";  
  8. fastcgi_cache_methods GET HEAD;  
  9. fastcgi_cache   cfcache;  
  10. fastcgi_cache_valid   any 1d;  
  11. fastcgi_cache_min_uses  1;  
  12. fastcgi_cache_use_stale error  timeout invalid_header http_500;  
  13. fastcgi_ignore_client_abort on; 

配置這些參數(shù)時(shí)，注意每個(gè)參數(shù)的作用域，像fastcgi_cache_path參數(shù)，只能在http配置項(xiàng)里配置，而 fastcgi_cache_min_uses這個(gè)參數(shù)，可以在http、server、location三個(gè)配置項(xiàng)里配置。這樣更靈活的會(huì)每個(gè)域名、每個(gè)匹配的location進(jìn)行選擇性cache了。具體的參數(shù)作用域，參考FASTCGI模塊的官方WIKI。我為了調(diào)試方便，添加了一個(gè)『X-Cache-CFC』的http響應(yīng)頭，$upstream_cache_status 變量表示此請求響應(yīng)來自cache的狀態(tài)，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(jìn)程)更新中

·STALE – expired, stale response was used due to proxy/fastcgi_cache_use_stale Cache已過期，響應(yīng)數(shù)據(jù)不合法，被污染

·HIT 命中cache

 

FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結(jié)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(fā)現(xiàn)/dev/shm/nginx_cache/下沒有任何目錄建立，也沒有文件創(chuàng)建。調(diào)試的http header響應(yīng)頭里的X-Cache-CFC 結(jié)果一直是MISS。從服務(wù)器進(jìn)程上來看，Nginx cache manager process 跟Nginx cache loader process 進(jìn)程也正常運(yùn)行：

  1. root      3100     1  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx  
  2. www-data  3101  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: worker process  
  3. www-data  3102  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: cache manager process  
  4. www-data  3103  3100  0 14:52 ?        00:00:00 nginx: cache loader process 

不知道為何會(huì)這樣，為何沒有cache成功，我以為我配置參數(shù)有問題，只好閱讀WIKI。發(fā)現(xiàn)fastcgi_ignore_headers 參數(shù)下解釋有這么一段

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(gè)參數(shù)的值，將會(huì)被忽略掉，同樣被忽略掉的響應(yīng)頭比如”X-Accel-Redirect”, “X-Accel-Expires”, “Expires” or “Cache-Control”，而nginx配置中并沒有fastcgi_ignore_headers參數(shù)的設(shè)定，那么問題會(huì)不會(huì)出現(xiàn)在 FASTCGI響應(yīng)結(jié)果里包含了類似”X-Accel-Redirect”, “X-Accel-Expires”, “Expires” or “Cache-Control”這幾個(gè)響應(yīng)頭呢？用strace抓包，看了下nginx與fpm進(jìn)程通訊的數(shù)據(jù)

  1. ####為了確保準(zhǔn)確抓到處理該http請求的進(jìn)程，我把nginx 、fpm都只開啟了一個(gè)進(jìn)程處理。  
  2. //strace -ff -tt -s 1000 -o xxx.log -p PHPFPM-PID  
  3. 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  
  4.    
  5. //strace -ff -tt -s 1000 -o xxx.log -p Nginx-PID  
  6. 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(shù)據(jù)包里可以看到，fpm確實(shí)返回了包含“Expires”、“Cache-Control”頭的http 響應(yīng)頭信息。那么疑問來了：

·nginx的fastcgi_cache沒緩存這條http響應(yīng)，是因?yàn)轫憫?yīng)頭里包含“Expires”、“Cache-Control”的原因嗎？

·程序里并沒有輸出“Expires”、“Cache-Control” http header的代碼，這是誰輸出的呢？

·既然是fpm響應(yīng)的時(shí)候，就已經(jīng)有了，那么是php的core模塊，還是其他拓展模塊輸出的？

·“Expires:”時(shí)間為何是“Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT”?

疑問比較多，一個(gè)一個(gè)查起，先從Nginx的fastcgi_cache沒緩存這條http響應(yīng)查起。我根據(jù)測試環(huán)境nginx版本 1.1.9(ubuntu 12.04默認(rèn)的)，到nginx官方下了對應(yīng)版本的源碼，搜索了fastcgi參數(shù)使用的地方，在httpngx_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(jù)了解的情況加以猜測，再動(dòng)手測試實(shí)驗(yàn)，也得出了結(jié)論，確定了nginx的 fastcgi_cache的規(guī)則。

  1. //ngx_http_upstream.c  
  2. //line 3136  當(dāng)fastcgi響應(yīng)包含set-cookie時(shí)，不緩存  
  3. static ngx_int_t  
  4. ngx_http_upstream_process_set_cookie(ngx_http_request_t *r, ngx_table_elt_t *h,  
  5.     ngx_uint_t offset)  
  6. {  
  7. #if (NGX_HTTP_CACHE)  
  8.     ngx_http_upstream_t  *u;  
  9.    
  10.     u = r->upstream;  
  11.    
  12.     if (!(u->conf->ignore_headers & NGX_HTTP_UPSTREAM_IGN_SET_COOKIE)) {  
  13.         u->cacheable = 0;  
  14.     }  
  15. #endif  
  16.    
  17.     return NGX_OK;  
  18. }  
  19.    
  20. //line 3242 當(dāng)響應(yīng)頭包含Expires時(shí)，如果過期時(shí)間大于當(dāng)前服務(wù)器時(shí)間，則nginx_cache會(huì)緩存該響應(yīng)，否則，則不緩存  
  21. static ngx_int_t  
  22. ngx_http_upstream_process_expires(ngx_http_request_t *r, ngx_table_elt_t *h,  
  23.     ngx_uint_t offset)  
  24. {  
  25.     ngx_http_upstream_t  *u;  
  26.    
  27.     u = r->upstream;  
  28.     u->hheaders_in.expires = h;  
  29.    
  30. #if (NGX_HTTP_CACHE)  
  31.     {  
  32.     time_t  expires;  
  33.    
  34.     if (u->conf->ignore_headers & NGX_HTTP_UPSTREAM_IGN_EXPIRES) {  
  35.         return NGX_OK;  
  36.     }  
  37.    
  38.     if (r->cache == NULL) {  
  39.         return NGX_OK;  
  40.     }  
  41.    
  42.     if (r->cache->valid_sec != 0) {  
  43.         return NGX_OK;  
  44.     }  
  45.    
  46.     expires = ngx_http_parse_time(h->value.data, h->value.len);  
  47.    
  48.     if (expires == NGX_ERROR || expires < ngx_time()) {         u->cacheable = 0;  
  49.         return NGX_OK;  
  50.     }  
  51.    
  52.     r->cache->valid_sec = expires;  
  53.     }  
  54. #endif  
  55.    
  56.     return NGX_OK;  
  57. }  
  58.    
  59. //line 3199  當(dāng)響應(yīng)頭包含Cache-Control時(shí)，#####如果####這里有如果啊。。。  
  60. //【注意】如果Cache-Control參數(shù)值為no-cache、no-store、private中任意一個(gè)時(shí)，則不緩存...不緩存...  
  61. //【注意】如果Cache-Control參數(shù)值為max-age時(shí)，會(huì)被緩存，且nginx設(shè)置的cache的過期時(shí)間，就是系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間 + mag-age的值  
  62.     if (ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "no-cache", 8 - 1) != NULL  
  63.         || ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "no-store", 8 - 1) != NULL  
  64.         || ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "private", 7 - 1) != NULL)  
  65.     {  
  66.         u->cacheable = 0;  
  67.         return NGX_OK;  
  68.     }  
  69.    
  70.     p = ngx_strlcasestrn(p, last, (u_char *) "max-age=", 8 - 1);  
  71.    
  72.     if (p == NULL) {  
  73.         return NGX_OK;  
  74.     }  
  75.     ...  
  76.     r->cache->valid_sec = ngx_time() + n; 

也就是說，fastcgi響應(yīng)http請求的結(jié)果中，響應(yīng)頭包括Expires、Cache-Control、Set-Cookie三個(gè)，都會(huì)可能不被cache，但不只有這些，別忘了nginx配置中fastcgi_ignore_headers參數(shù)設(shè)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(yīng)頭。由于這幾個(gè)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(yàn)證，可以得到結(jié)論是正確的。即Nginx fastcgi_cache在緩存后端fastcgi響應(yīng)時(shí)，當(dāng)響應(yīng)里包含“set-cookie”時(shí)，不緩存;當(dāng)響應(yīng)頭包含Expires時(shí)，如果過期時(shí)間大于當(dāng)前服務(wù)器時(shí)間，則nginx_cache會(huì)緩存該響應(yīng)，否則，則不緩存;當(dāng)響應(yīng)頭包含Cache-Control時(shí)，如果Cache- Control參數(shù)值為no-cache、no-store、private中任意一個(gè)時(shí)，則不緩存，如果Cache-Control參數(shù)值為max- age時(shí)，會(huì)被緩存，且nginx設(shè)置的cache的過期時(shí)間，就是系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間 + mag-age的值。

nginx fastcgi_cache 響應(yīng)expired

 

nginx fastcgi_cache hit命中

 

FASTCGI_CACHE $upstream_cache_status 結(jié)果為miss，一次也沒命中。

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

到了這里，疑問1解決了。那么疑問2、3呢？程序里并沒有輸出“Expires”、“Cache-Control” http header的代碼，這是誰輸出的呢？既然是fpm響應(yīng)的時(shí)候，就已經(jīng)有了，那么是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(gè)“hello world”，發(fā)現(xiàn)也確實(shí)被緩存了。顯然，php腳本程序中并沒輸出http header 的“Expires”、“Cache-Control”，多次測試，最終定位到session_start函數(shù)，翻閱源碼找到了這些代碼：

  1. //ext/session/session.c  line:1190 左右  
  2. // ...  
  3. CACHE_LIMITER_FUNC(private) /* {{{ */  
  4. {  
  5.     ADD_HEADER("Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT");  
  6.     CACHE_LIMITER(private_no_expire)(TSRMLS_C);  
  7. }  
  8. /* }}} */  
  9. //再到這里3 或者上面幾個(gè) ##默認(rèn)是nocache  
  10. CACHE_LIMITER_FUNC(nocache) /* {{{ */  
  11. {  
  12.     ADD_HEADER("Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT");  
  13.    
  14.     /* For HTTP/1.1 conforming clients and the rest (MSIE 5) */  
  15.     ADD_HEADER("Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0");  
  16.    
  17.     /* For HTTP/1.0 conforming clients */  
  18.     ADD_HEADER("Pragma: no-cache");  
  19. }  
  20. /* }}} */  
  21. //這里2  
  22. static php_session_cache_limiter_t php_session_cache_limiters[] = {  
  23.     CACHE_LIMITER_ENTRY(public)  
  24.     CACHE_LIMITER_ENTRY(private)  
  25.     CACHE_LIMITER_ENTRY(private_no_expire)  
  26.     CACHE_LIMITER_ENTRY(nocache)  
  27.     {0}  
  28. };  
  29.    
  30. static int php_session_cache_limiter(TSRMLS_D) /* {{{ */  
  31. {  
  32.     php_session_cache_limiter_t *lim;  
  33.    
  34.     if (PS(cache_limiter)[0] == '\0') return 0;  
  35.    
  36.     if (SG(headers_sent)) {  
  37.         const char *output_start_filename = php_output_get_start_filename(TSRMLS_C);  
  38.         int output_start_lineno = php_output_get_start_lineno(TSRMLS_C);  
  39.    
  40.         if (output_start_filename) {  
  41.             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);  
  42.         } else {  
  43.             php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Cannot send session cache limiter - headers already sent");  
  44.         }  
  45.         return -2;  
  46.     }  
  47.    
  48.     for (lim = php_session_cache_limiters; lim->name; lim++) {  
  49.         if (!strcasecmp(lim->name, PS(cache_limiter))) {  
  50.             lim->func(TSRMLS_C);   //這里1  
  51.             return 0;  
  52.         }  
  53.     }  
  54.    
  55.     return -1;  
  56. }  
  57. // ... 

到了這里，知道原因了，是程序調(diào)用session_start時(shí)，php的session拓展自己輸出的。session.cache_limit 參數(shù)來決定輸出包含哪種Expires的header，默認(rèn)是nocache，修改php.ini的session.cache_limit參數(shù)為 “none”即可讓session模塊不再輸出這些http 響應(yīng)頭?；蛟谡{(diào)用session_start之前，使用session_cache_limiter函數(shù)來指定下該參數(shù)值。那為什么要在使用 session時(shí)，發(fā)Expires、Cache-Control的http response header呢？我猜測了下，需要session時(shí)，基本上是用戶跟服務(wù)器有交互，那么，既然有交互，就意味著用戶的每次交互結(jié)果也可能不一樣，就不能 cache這個(gè)請求的結(jié)果，給返回給這個(gè)用戶。同時(shí)，每個(gè)用戶的交互結(jié)果都是不一樣的，nginx也就不能把包含特殊Cache-Control的個(gè)人響應(yīng)cache給其他人提供了。

還有一個(gè)無聊的問題“Expires:時(shí)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(shí)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(gè)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里可以看到他的大名。關(guān)于這個(gè)expires過期時(shí)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。這是真的么？如果那天是他生日的話，而他增加session.cache_limiter時(shí)是1999年，他才17歲，17歲呀。我17歲時(shí)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(gè)人，還有個(gè)帖子是epoch date — Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00也問了。另外兩個(gè)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(zhuǎn)到首頁了。用http://web.archive.org找到了歷史快照，發(fā)現(xiàn)上下文關(guān)系不大，也不能證明是他生日。 我更是好奇的發(fā)了兩封郵件到他的不同郵箱里問他，不過，目前他還沒回復(fù)?；蛟S他沒收到、沒看到，或許懶得回了。N年后，“Expires:時(shí)間為何是Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT”這個(gè)日期，會(huì)不會(huì)又成了一段奇聞佳話了呢？

原文鏈接：http://www.cnxct.com/several-reminder-in-nginx-fastcgi_cache-and-php-session_cache_limiter/

 

責(zé)任編輯：張偉 來源： 莿鳥棲草堂
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