NuSTER: HTTP和NoSQL缓存服务器

2022-10-13 08:14:03

NuSTER

Wiki | English | 中文 | 日本語

基于HAProxy的高性能HTTP缓存服务器和RESTful NoSQL缓存服务器。

中文版更新可能不及时，最新版请参照英文版README.md

目录

  • 介绍
  • 性能
  • 入门指南
  • 使用方法
  • 指令
  • Cache
  • 管理
  • 开启关闭
  • 生存时间
  • 清除
  • 统计
  • NoSQL
  • Set
  • Get
  • Delete
  • FAQ

介绍

NuSTER是一个基于HAProxy的高性能HTTP缓存服务器和RESTful NoSQL缓存服务器，完全兼容HAProxy，并且利用HAProxy的ACL功能来提供非常细致的缓存规则。

特性

HTTP/TCP负载均衡器

NuSTER可以作为HTTP/TCP负载均衡器使用。

  • 继承了HAProxy的所有特性，完全兼容HAProxy
  • 负载均衡
  • 前端后端HTTPS
  • HTTP压缩
  • HTTP重写重定向
  • HTTP信息增删改
  • HTTP2
  • 监控
  • 粘性
  • 访问控制
  • 内容切换

HTTP缓存服务器

NuSTER也可以用作类似Varnish或者Nginx那样的HTTP缓存服务器，来缓存动态或者静态的HTTP资源。

  • HAProxy的所有特性(HTTPS, HTTP/2, ACL, etc)
  • 非常快
  • 强大的动态缓存功能
  • 基于HTTP method, URI, path, query, header, cookies, etc
  • 基于HTTP request or response contents, etc
  • 基于environment variables, server state, etc
  • 基于SSL version, SNI, etc
  • 基于connection rate, number, byte, etc
  • 缓存管理
  • 缓存清除
  • 缓存统计信息
  • 缓存生存时间

RESTful NoSQL缓存服务器

NuSTER也可以用作RESTful NoSQL缓存服务器, 用HTTP POST/GET/DELETE 来 添加/取得/删除 Key/Value.

可以像Memcached或者Redis那样放在应用和数据库之间作为内部KV缓存使用，也可以放在用户和应用之间作为面向用户的NoSQL使用。
支持header, cookie等等，所以可以将不同的用户数据存到相同的路劲。

  • HAProxy的所有特性(HTTPS, HTTP/2, ACL, etc)
  • 有条件的缓存
  • 内部KV缓存
  • 面向用户缓存
  • 支持任何类型的数据
  • 支持所有编程语言，不需要特定的库，只需HTTP支持

性能

非常快, 单进程模式下是nginx的3倍，多进程下nginx的2倍，varnish的3倍。

详见benchmark

入门指南

下载

生产环境的话从Download下载最新稳定版, 其他情况可以git clone。

编译

make TARGET=linux2628 USE_LUA=1 LUA_INC=/usr/include/lua5.3 USE_OPENSSL=1 USE_PCRE=1 USE_ZLIB=1
make install PREFIX=/usr/local/nuster
添加USE_PTHREAD_PSHARED=1使用pthread
如果不需要可以删除USE_LUA=1 LUA_INC=/usr/include/lua5.3 USE_OPENSSL=1 USE_PCRE=1 USE_ZLIB=1

具体可以参考HAProxy README。

配置文件

准备一个配置文件: nuster.cfg

global
    nuster cache on data-size 100m uri /_nuster
    nuster nosql on data-size 200m
defaults
    mode http
frontend fe
    bind *:8080
    #bind *:4433 ssl crt example.com.pem alpn h2,http/1.1
    use_backend be2 if { path_beg /_kv/ }
    default_backend be1
backend be1
    nuster cache on
    nuster rule img ttl 1d if { path_beg /img/ }
    nuster rule api ttl 30s if { path /api/some/api }
    server s1 127.0.0.1:8081
    server s2 127.0.0.1:8082
backend be2
    nuster nosql on
    nuster rule r1 ttl 3600

nuster监听8080端口，接受HTTP请求。/_kv/开头的请求分配到backend be2, 可以发送HTTP POST/GET/DELETE到/_kv/any_key 来 添加/取得/删除 Key/Value.
其他的请求都被分配到backend be1, 并且会被转发到服务器s1 or s2. 其中/img/*请求会被缓存1天，而/api/some/api会被缓存30秒。

启动

/usr/local/nuster/sbin/nuster -f nuster.cfg

Docker

docker pull nuster/nuster
docker run -d -v /path/to/nuster.cfg:/etc/nuster/nuster.cfg:ro -p 8080:8080 nuster/nuster

使用方法

NuSTER基于HAProxy, 支持所有的HAProxy指令。

基本

配置文件里有四个基本的sections: global, defaults, frontend and backend。

  • global
  • 定义全局指令
  • 需要定义nuster cache on or nuster nosql on，否则cache和nosql无法使用
  • defaults
  • 定义frontend, backend的默认参数
  • 可以在frontend or backend section重新定义
  • frontend
  • 定义监听端口等等面向用户的设置
  • bankend
  • 定义后端服务器等等设置
  • 需要设置nuster cache on or nuster nosql on, 否则该backend没有nosql或者nosql功能
  • 需要设置nuster rule

可以定义多个frontend or backend . 如果定义了nuster cache|nosql off或者没有nuster cache|nosql on|off, nuster就是一个HAProxy。

具体参考/doc下的HAProxy文档, 或者在线HAProxy文档

As TCP loader balancer

frontend mysql-lb
   bind *:3306
   mode tcp
   default_backend mysql-cluster
backend mysql-cluster
   balance roundrobin
   mode tcp
   server s1 10.0.0.101:3306
   server s2 10.0.0.102:3306
   server s3 10.0.0.103:3306

As HTTP/HTTPS loader balancer

frontend web-lb
   bind *:80
   #bind *:443 ssl crt XXX.pem
   mode http
   default_backend apps
backend apps
   balance roundrobin
   mode http
   server s1 10.0.0.101:8080
   server s2 10.0.0.102:8080
   server s3 10.0.0.103:8080
   #server s4 10.0.0.101:8443 ssl verify none

As HTTP cache server

global
    nuster cache on data-size 200m
frontend fe
    bind *:8080
    default_backend be
backend be
    nuster cache on
    nuster rule all
    server s1 127.0.0.1:8081

As RESTful NoSQL cache server

global
    nuster nosql on data-size 200m
frontend fe
    bind *:8080
    default_backend be
backend be
    nuster nosql on
    nuster rule r1 ttl 3600

指令

global: nuster cache|nosql

syntax:

nuster cache on|off [data-size size] [dict-size size] [purge-method method] [uri uri]

nuster nosql on|off [data-size size] [dict-size size]

default: none

context: global

控制是否开启cache或者nosql。

会分配一块data-size + dict-size的共享内存来存储HTTP头，数据，key等等，临时数据从系统内存池分配。
如果没有足够内存，新的请求不会被缓存直到有内存被释放。

data-size

和dict-size一起决定内存块的大小。

可以使用m, M, g 和 G. 默认是1MB，同时也是最小值。

dict-size

决定hash table的大小.

可以使用m, M, g 和 G. 默认是1MB，同时也是最小值。

这个决定hash table buckets的大小，并非key的大小，key存在共享内存中。

dict-size(bucket数) 不等于 key数. 就算key的数量超过了dict-size，只要整个共享内存有空间，新的key仍然可以被添加。

不过如果key数超过dict-size(bucket数)性能也许会下降. dict-size可以设为大概的最大key数乘以8。

将来版本会删除dict-size, 像第一版本那样自动伸缩

purge-method [cache only]

自定义PURGE用的HTTP method，最大14个字符，默认是 PURGE.

uri [cache only]

定义并开启cache manager/stats API

nuster cache on uri /_my/_unique/_/_cache/_uri

cache manager/stats默认是关闭的. 如果开启了，主义开启访问控制(see FAQ).

具体请参考缓存管理 和 缓存统计.

proxy: nuster cache|nosql

syntax:

nuster cache [on|off]

nuster nosql [on|off]

default: on

context: backend, listen

决定是否在这个backend开启cache/nosql。
如果这个section有filter，记得放在最后。

nuster rule

syntax: nuster rule name [key KEY] [ttl TTL] [code CODE] [if|unless condition]

default: none

context: backend, listen

定义cache/nosql的生效条件，需要定义至少一个rule。

nuster cache on

# cache request `/asdf` for 30 seconds
nuster rule asdf ttl 30 if { path /asdf }

# cache if the request path begins with /img/
nuster rule img if { path_beg /img/ }

# cache if the response header `cache` is `yes`
acl resHdrCache res.hdr(cache) yes
nuster rule r1 if resHdrCache

可以定义多个rule，按定义顺序先后匹配。

acl pathA path /a.html
nuster cache on
nuster rule all ttl 3600
nuster rule path01 ttl 60 if pathA

rule path01永远不会被匹配。

name

定义rule的name。

在cache manager API中使用, 不必唯一但是建议不同的rule用不同的name，否则相同name的rule视作一样。

key KEY

定义cache/nosql的key, 由下列关键字加.组成

  • method: http method, GET/POST...
  • scheme: http or https
  • host: the host in the request
  • uri: first slash to end of the url
  • path: the URL path of the request
  • delimiter: '?' if query exists otherwise empty
  • query: the whole query string of the request
  • header_NAME: the value of header NAME
  • cookie_NAME: the value of cookie NAME
  • param_NAME: the value of query NAME
  • body: the body of the request

CACHE的默认key是 method.scheme.host.uri, NoSQL的默认key是 GET.scheme.host.uri.

Example

GET http://www.example.com/q?name=X&type=Y

http header:
GET /q?name=X&type=Y HTTP/1.1
Host: www.example.com
ASDF: Z
Cookie: logged_in=yes; user=nuster;

生成:

  • method: GET
  • scheme: http
  • host: http://www.example.com
  • uri: /q?name=X&type=Y
  • path: /q
  • delimiter: ?
  • query: name=X&type=Y
  • header_ASDF: Z
  • cookie_user: nuster
  • param_type: Y
  • body: (empty)

默认key产生GET.http.www.example.com./q?name=X&type=Y., 而key method.scheme.host.path.header_ASDF.cookie_user.param_type 则生成 GET.http.www.example.com./q.Z.nuster.Y..

相同key的请求则会直接返回cache给客户端。

ttl TTL

设置缓存生存时间，过期后缓存会被删除。 可以使用 d, h, m and s。默认3600秒.
如果不希望失效则设为0

code CODE1,CODE2...

默认只缓存200的响应，如果需要缓存其他的则可以添加，all会缓存任何状态码。

cache-rule only200
cache-rule 200and404 code 200,404
cache-rule all code all

if|unless condition

定义ACL条件
详见HAProxy configuration的7. Using ACLs and fetching samples

Cache

NuSTER也可以用作类似Varnish或者Nginx那样的HTTP缓存服务器，来缓存动态或者静态的HTTP资源。
出了HAProxy的SSL, HTTP, HTTP2, 重写重定向，增删改Header等等，还提供了下面的功能。

缓存管理

缓存可以通过uri定义一个endpoint并发送HTTP请求来进行管理。

定义并且开启

nuster cache on uri /nuster/cache

基本用法

curl -X POST -H "X: Y" http://127.0.0.1/nuster/cache

记得进行访问控制

缓存开启关闭

rule可以通过manager uri动态开启关闭，关闭的rule不会再进行匹配。

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| state | enable | enable rule
| | disable | disable rule
| name | rule NAME | the rule to be enabled/disabled
| | proxy NAME | all rules belong to proxy NAME
| | * | all rules

相同name的rule都会被开启关闭。

Examples

  • 关闭rule r1

curl -X POST -H "name: r1" -H "state: disable" http://127.0.0.1/nuster/cache

  • 关闭backend app1b的所有rule

curl -X POST -H "name: app1b" -H "state: disable" http://127.0.0.1/nuster/cache

  • 开启所有的rule

curl -X POST -H "name: *" -H "state: enable" http://127.0.0.1/nuster/cache

缓存生存时间

更改缓存TTL，只会影响后续的新缓存，不会影响已经存在的缓存。

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| ttl | new TTL | see ttl in nuster rule| name | rule NAME | the rule to be changed
| | proxy NAME | all rules belong to proxy NAME
| | * | all rules

Examples

curl -X POST -H "name: r1" -H "ttl: 0" http://127.0.0.1/nuster/cache
curl -X POST -H "name: r2" -H "ttl: 2h" http://127.0.0.1/nuster/cache

同时设置state和ttl

同时设置state和ttl

curl -X POST -H "name: r1" -H "ttl: 0" -H "state: enabled" http://127.0.0.1/nuster/cache

缓存清除

There are several ways to purge cache by making HTTP PURGE requests to the manager uri defined by uri.

You can define customized http method using purge-method MYPURGE other than the default PURGE in case you need to forward PURGE to backend servers.

删除一个特定URL

curl -XPURGE https://127.0.0.1/imgs/test.jpg

生成key GET.scheme.host.uri, 并删除那个key。

默认key 包含Host, 如果缓存时用了http://example.com/test 而在localhost删除是需要Host header:

curl -XPURGE -H "Host: example.com" http://127.0.0.1/test

通过name删除

可以通过带上name header来 PURGE

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| name | nuster rule NAME | caches belong to rule ${NAME} will be purged
| | proxy NAME | caches belong to proxy ${NAME}
| | * | all caches

Examples

# 删除所有缓存
curl -X PURGE -H "name: *" http://127.0.0.1/nuster/cache
# 删除backend applb的所有缓存
curl -X PURGE -H "name: app1b" http://127.0.0.1/nuster/cache
# 删除所有rule r1生成的缓存
curl -X PURGE -H "name: r1" http://127.0.0.1/nuster/cache

通过host删除

通过带上x-hostheader来删除所有属于这个host的缓存。

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| x-host | HOST | the ${HOST}

Examples

curl -X PURGE -H "x-host: 127.0.0.1:8080" http://127.0.0.1/nuster/cache

通过path删除

默认情况下，query部分也包含在QQ号码买卖地图key中，所以相同的path不同的query会产生不同的缓存。

比如nuster rule imgs if { path_beg /imgs/ }, 然后请求

curl https://127.0.0.1/imgs/test.jpg?w=120&h=120
curl https://127.0.0.1/imgs/test.jpg?w=180&h=180

会生成两个缓存，因为query不一样。

如果要删除这些缓存，可以

如果知道所有的query，那么可以一个一个删除

curl -XPURGE https://127.0.0.1/imgs/test.jpg?w=120&h=120
curl -XPURGE https://127.0.0.1/imgs/test.jpg?w=180&h=180

大多数情况下不知道所有的query

如果query部分不重要，则可以从key里面删除query

定义nuster rule imgs key method.scheme.host.path if { path_beg /imgs }, 这样的话只会生成一个缓存，那么就可以不用query删除缓存

curl -XPURGE https://127.0.0.1/imgs/test.jpg

大多数情况需要query

通过rule name删除

curl -X PURGE -H "name: imgs" http://127.0.0.1/nuster/cache

但是如果rule被定义成了 nuster rule static if { path_beg /imgs/ /css/ }，则无法只删除imgs

因此，可以通过path删除

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| path | PATH | caches with ${PATH} will be purged
| x-host | HOST | and host is ${HOST}

Examples

# 删除所有path是/imgs/test.jpg的缓存
curl -X PURGE -H "path: /imgs/test.jpg" http://127.0.0.1/nuster/cache
# 删除所有path是/imgs/test.jpg 并且host是127.0.0.1:8080的缓存
curl -X PURGE -H "path: /imgs/test.jpg" -H "x-host: 127.0.0.1:8080" http://127.0.0.1/nuster/cache

通过正则删除

也可以通过正则删除，所有匹配正则的缓存将被删除。

headers

| header | value | description
| ------ | ----- | -----------
| regex | REGEX | caches which path match with ${REGEX} will be purged
| x-host | HOST | and host is ${HOST}

Examples

# 删除所有 /imgs 开头 .jpg结尾的缓存
curl -X PURGE -H "regex: ^/imgs/.*\.jpg$" http://127.0.0.1/nuster/cache
#delete all caches which path starts with /imgs and ends with .jpg and belongs to 127.0.0.1:8080
curl -X PURGE -H "regex: ^/imgs/.*\.jpg$" -H "127.0.0.1:8080" http://127.0.0.1/nuster/cache

PURGE 注意事项

  1. 开启访问控制
  2. 如果有多个header，按照name, path & host, path, regex & host, regex, host的顺序处理

curl -XPURGE -H "name: rule1" -H "path: /imgs/a.jpg": purge by name

  1. 如果有重复的header，处理第一个

curl -XPURGE -H "name: rule1" -H "name: rule2": purge by rule1

  1. regex 不是 glob

比如 /imgs下的.jpg文件是^/imgs/.*\.jpg$ 而不是 /imgs/*.jpg

缓存统计

可以通过GET uri定义的endpoint来获取缓存统计信息。

Eanble and define the endpoint

nuster cache on uri /nuster/cache

Usage

curl http://127.0.0.1/nuster/cache

Output

  • used_mem: http缓存使用的内存，不包括overhead
  • req_total: 开启了cache的所有的backend的总请求数，不包含那些没有cache的backend的请求数
  • req_hit: cache击中数
  • req_fetch: 从后端取得数量
  • req_abort: 中断的请求

NoSQL

NuSTER也可以用作RESTful NoSQL缓存服务器, 用HTTP POST/GET/DELETE 来 添加/取得/删除 Key/Value.

基本操作

Set

curl -v -X POST -d value1 http://127.0.0.1:8080/key1
curl -v -X POST --data-binary @icon.jpg http://127.0.0.1:8080/imgs/icon.jpg

Get

curl -v http://127.0.0.1:8080/key1

Delete

curl -v -X DELETE http://127.0.0.1:8080/key1

Response

Check status code.

  • 200 OK
  • POST/GET: 成功
  • DELETE: 总是
  • 400 Bad request
  • 空值
  • 不正确的acl, rules, etc
  • 404 Not Found
  • POST: rule tests失败
  • GET: not found
  • 405 Method Not Allowed
  • 其他的methods
  • 500 Internal Server Error
  • 发生未知错误
  • 507 Insufficient Storage
  • 超过data-size

分用户的data

通过在key里加入header, cookie等等，可以将不同的用户数据存到相同的路劲。

nuster rule r1 key method.scheme.host.uri.header_userId if { path /mypoint }
nuster rule r2 key method.scheme.host.uri.cookie_sessionId if { path /mydata }

Set

curl -v -X POST -d "333" -H "userId: 1000" http://127.0.0.1:8080/mypoint
curl -v -X POST -d "555" -H "userId: 1001" http://127.0.0.1:8080/mypoint

curl -v -X POST -d "userA data" --cookie "sessionId: ijsf023xe" http://127.0.0.1:8080/mydata
curl -v -X POST -d "userB data" --cookie "sessionId: rosre329x" http://127.0.0.1:8080/mydata

Get

curl -v http://127.0.0.1:8080/mypoint
< 404 Not Found

curl -v -H "userId: 1000" http://127.0.0.1:8080/mypoint
< 200 OK
333

curl -v --cookie "sessionId: ijsf023xe" http://127.0.0.1:8080/mydata
< 200 OK
userA data

客户端

支持任何支持HTTP的客户端，库: curl, postman, python requests, go net/http, etc.

FAQ

如何调试?

在global添加debug， 或者带-d启动haproxy

缓存相关的调试信息以[CACHE]开头

如何缓存POST请求?

添加option http-buffer-request

如果自定义了key的话需要使用body关键字

请求body可能不完整，详见HAProxy configuration 的 option http-buffer-request小节

另外可以为post请求单独设置一个后端

如何做访问控制?

类似

acl network_allowed src 127.0.0.1
acl purge_method method PURGE
http-request deny if purge_method !network_allowed

如何开启HTTP2?

bind :443 ssl crt pub.pem alpn h2,http/1.1

Example

global
    nuster cache on data-size 100m
    nuster nosql on data-size 100m
    #daemon
    ## to debug cache
    #debug
defaults
    retries 3
    option redispatch
    timeout client  30s
    timeout connect 30s
    timeout server  30s
frontend web1
    bind *:8080
    mode http
    acl pathPost path /search
    use_backend app1a if pathPost
    default_backend app1b
backend app1a
    balance roundrobin
    # mode must be http
    mode http

    # http-buffer-request must be enabled to cache post request
    option http-buffer-request

    acl pathPost path /search

    # enable cache for this proxy
    nuster cache

    # cache /search for 120 seconds. Only works when POST/PUT
    nuster rule rpost key method.scheme.host.uri.body ttl 120 if pathPost

    server s1 10.0.0.10:8080
backend app1b
    balance     roundrobin
    mode http

    nuster cache on

    # cache /a.jpg, not expire
    acl pathA path /a.jpg
    nuster rule r1 ttl 0 if pathA

    # cache /mypage, key contains cookie[userId], so it will be cached per user
    acl pathB path /mypage
    nuster rule r2 key method.scheme.host.path.delimiter.query.cookie_userId ttl 60 if pathB

    # cache /a.html if response's header[cache] is yes
    http-request set-var(txn.pathC) path
    acl pathC var(txn.pathC) -m str /a.html
    acl resHdrCache1 res.hdr(cache) yes
    nuster rule r3 if pathC resHdrCache1

    # cache /heavy for 100 seconds if be_conn greater than 10
    acl heavypage path /heavy
    acl tooFast be_conn ge 100
    nuster rule heavy ttl 100 if heavypage tooFast

    # cache all if response's header[asdf] is fdsa
    acl resHdrCache2 res.hdr(asdf)  fdsa
    nuster rule resCache ttl 0 if resHdrCache1

    server s1 10.0.0.10:8080

frontend web2
    bind *:8081
    mode http
    default_backend app2
backend app2
    balance     roundrobin
    mode http

    # disable cache on this proxy
    nuster cache off
    nuster rule all

    server s2 10.0.0.11:8080

listen web3
    bind *:8082
    mode http

    nuster cache
    nuster rule everything

    server s3 10.0.0.12:8080

frontend nosql_fe
    bind *:9090
    default_backend nosql_be
backend nosql_be
    nuster nosql on
    nuster rule r1 ttl 3600

Conventions

  1. Files with same name: those with .md extension belong to NuSTER, otherwise HAProxy

Contributing

  • Join the development
  • Give feedback
  • Report issues
  • Send pull requests
  • Spread nuster

License

Copyright (C) 2017-2018, Jiang Wenyuan, < koubunen AT gmail DOT com >

All rights reserved.

Licensed under GPL, the same as HAProxy

HAProxy and other sources license notices: see relevant individual files.

上一篇：解读NoSQL最新现状和趋势：云NoSQL数据库将成重要增长引擎


下一篇：NOSQL