前言：

由于本人工作原因，涉及到網絡直播領域，其中視頻的回放下載，涉及到了一些視頻下載方面的技術。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，存儲到文件服務器中，在用戶需要觀看回放視頻時。通過一個視頻回源服務器，去文件服務器中逐個請求切片，返回給用戶播放。

今天著重探討的是關于回源服務器緩存的配置以及合理的緩存策略。

通過給回源服務器配置緩存的案例，詳細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：

• 回源服務器的工作是啥為啥
• 需要給回源服務器加緩存
• 如何配置緩存
• 如何針對業務場景配置完備的緩存機制
  

回源服務器的工作：

回源服務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與文件服務器之間，作為下載樞紐。

源站架構：源站是nginx+php的webserver架構，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化的問題：

1、cdn可能存在多次回源現象

2、源站對同一資源的多次下載，存在網絡流量帶寬浪費，以及不必要的耗時。

所以為了優化這些問題，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 設置緩存文件目錄層次；levels=1:2 表示兩級目錄

keys_zone 設置緩存名字和共享內存大小

inactive 在指定時間內沒人訪問則被刪除

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

當配置好之后，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， 會發現生成了 tmp -test 文件夾。

如何使用proxy_cache

在你對應的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，用于發送給后端真實服務器。

proxy_pass   指代理后轉發的路徑，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并沒有找到對應的緩存文件（未命中緩存MISS），所以當第一次請求完成的同時，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，當同一個文件再次到達源站，proxy_cache就會找到其對應的緩存文件（命中緩存HIT）直接返回給請求端，無需再執行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務需求，我們往往會提出以下幾點疑問和需求：

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

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，功能正好相反。 設計方法：在nginx中，另啟一個server，當需要清理響應資源的緩存時，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 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的目錄結構，由于levels=1:2，這導致緩存文件的目錄結構為兩層，每層目錄名，都是由hash函數生成。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：將不同盤下的目錄作為真正存放數據的路徑，解決了多盤利用，單盤被打滿的問題。

問題三：支持range（斷點續傳）

添加上緩存代理之后，客戶端發起的range請求將會失效，如下圖所示：

導致range參數無法傳遞到下一級的原因如下：

當緩存代理轉發http請求到后端服務器時，http header會改變，header中的部分參數，會被取消掉。其中range參數被取消，導致，后端nginx服務器沒有收到range參數，最終導致這個分片下載不成功。所以需要對代理轉發的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）放到代理轉發的http請求頭中作為參數range的值。

問題四，當支持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如何識別資源對應的key。 由于nginx配置為：proxy_cache_key $uri，用uri作為key 所以當請求為普通請求和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，第一次獲取的內容和之后獲取的緩存內容都不會出現異常。

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，