varnish负载均衡的实现分析

最新推荐文章于 2021-03-12 15:28:16 发布

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本文深入剖析了Varnish缓存系统中的负载均衡机制，重点介绍了wrk_thread线程的功能及其实现过程，展示了Varnish如何高效处理HTTP请求并通过工作线程池分配任务。

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Varnish负载均衡的分析

最近分析了varnis-2.0.4的一部分代码，主要侧重于其在负载均衡部分的实现。通过阅读一些参考文献，以及自己的一些见解我分析，将代码分析文档整理于此。

首先将varnish整体工作流程在此进行介绍。

1. Varnish 的总体结构

Varnish 主要有两个进程：管理进程和 cache 子进程。

1) 管理进程主要就是对于varnish的整个工作状态进行的调整和设置。编译运行之后，它将建立一个守护进程varnishd。Varnishd不断folk()出cache子进程来处理HTTP请求。它的实现部分在源代码中bin/varnishd/目录中，主要文件有varnishd.c 、mgt.h、mgt_chld.c、mgt_param.cmgt_cli.h、mgt_pool.c 、mgt_vcc.c、mgt_cli.h、mgt_cli.c。

2) 下面谈谈cache子进程。

Cache子进程包含了实现命令行加载、请求处理、缓存以及负载均衡的所有线程。分别为：命令行接受处理线程(CLI_Run) ，放牧线程(wrk_herder_thread），放牧超时线程(wrk_herdtimer_thread)，请求接受线程(vca_acct)，数据接受线程(vca_main），很多工作线程(wrk_thread)，HTTP对象超时线程(exp_timer)，后台服务器连接探测线程(vbp_wrk_poll_backend)。

主要涉及到的文件有：cache_lck.c 、cache_panic.c、cache_cli.c、cache_fetch.c、cache_center.c、cache_vcl.c、cache_http.c、cache_session.c、cache_backend_cfg.c、cache_backend_pool.c、cache_backend.h、cache_pool.c、cache_expire.c、cache_hash.c、cache_accptor.c

Cache 子进程处理所有具体工作，各个线程的任务包括：

l 命令行接受处理线程（CLI_Run）：接受从管理进程通过管道传过来的命令，做出相应决定。其中初始时由管理进程默认产生，三个命令(vcl.load、vcl.use、start）来启动后台服务器连接探测线程和两个接受线程。

l 放牧线程（wrk_herder_thread）：用于产生工作线程池。线程不足时会增加线程池。

l 放牧超时检查线程（wrk_herdtimer_thread）：清理一些工作超时的工作线程。

l 请求接受线程（vca_acct）：接受 HTTP 初次请求，并叫醒某个工作线程，处理请求。

l 数据接受线程（vca_main）：在发送数据以后，继续可能的再次请求，并把请求交给工作线程。

l 工作线程（wrk_thread）：不断处理请求，进入状态机。如果缓存没有命中，还需要从后台服务取过数据，存入缓存并回复。然后把该连接通过管道转给数据接受线程并睡去。

l HTTP对象超时检查线程（exp_timer）：检查二叉堆中 HTTP 超时对象，删除之。

l 后台服务器连接探测线程（vbp_wrk_poll_backend）：针对不同的后台服务器组进行轮询，检查存活与否。

各线程的工作流程大致如图一所示

图一：cache子进程各个线程流程图

2. 负载均衡实现的分析

就目前分析来看，Cache子进程的代码实现部分主要由cache_main.c这个文件为主要脉络的。Cache_main.c中将cache子进程的各个线程一一初始化。

目前我所关注的重点在于wrk_thread部分，它是实现varnish负载均衡的主要内容。

1) wrk_thread的作用：不断处理请求，进入状态机。如果缓存没有命中，还需要从后台服务取过数据，存入缓存并回复。然后把该连接通过管道转给数据接受线程并sleep。

2) wrk_thread的工作流程：

图二：cache子进程中，wrk_thread线程工作流程

3) Wrk_thread的代码实现分析：wrk_thread线程在cache_main.c文件中初始化（代码：WRK_Init() ，cache_main.c，line121)，具体实现在cache_pool.c文件中出现。

Cache_pool.c文件中主要函数有:

static void

wrk_addpools(const unsigned pools)：增添work线程池

static void *

wrk_herder_thread(void *priv) ：放牧进程，用于产生工作线程池。线程不足时会增加线程；

static void *

wrk_herdtimer_thread(void*priv)：放牧超时检查线程，清理一些工作超时的工作线程。

static void

wrk_breed_flock(structwq *qp)：在需要并且空间允许的情况下，产生新的线程

static void

wrk_decimate_flock(structwq *qp, double t_idle, struct varnish_stats *vs)：检查空闲或者已经执行完的线程，从线程池中清除。

static void *

wrk_thread(void*priv)：实际的工作线程，实现主要功能。

针对此函数，进行具体分析：

//摘自cache_pool.c// ////////////////////////////////////////////////////////////////// static void * wrk_thread(void *priv) { struct worker *w, ww; struct wq *qp; unsigned char wlog[params->shm_workspace]; struct SHA256Context sha256; THR_SetName("cache-worker"); w = &ww; CAST_OBJ_NOTNULL(qp, priv, WQ_MAGIC); memset(w, 0, sizeof *w); w->magic = WORKER_MAGIC; w->lastused = NAN; w->wlb = w->wlp = wlog; w->wle = wlog + sizeof wlog; w->sha256ctx = &sha256; AZ(pthread_cond_init(&w->cond, NULL)); VSL(SLT_WorkThread, 0, "%p start", w); Lck_Lock(&qp->mtx); qp->nthr++; while (1) { CHECK_OBJ_NOTNULL(w, WORKER_MAGIC); /* Process overflow requests, if any */ w->wrq = VTAILQ_FIRST(&qp->overflow); if (w->wrq != NULL) { VTAILQ_REMOVE(&qp->overflow, w->wrq, list); qp->nqueue--; } else { if (isnan(w->lastused)) w->lastused = TIM_real(); VTAILQ_INSERT_HEAD(&qp->idle, w, list); Lck_CondWait(&w->cond, &qp->mtx); } if (w->wrq == NULL) break; Lck_Unlock(&qp->mtx); AN(w->wrq); AN(w->wrq->func); w->lastused = NAN; w->wrq->func(w, w->wrq->priv); AZ(w->wfd); assert(w->wlp == w->wlb); w->wrq = NULL; Lck_Lock(&qp->mtx); } qp->nthr--; Lck_Unlock(&qp->mtx); VSL(SLT_WorkThread, 0, "%p end", w); if (w->vcl != NULL) VCL_Rel(&w->vcl); AZ(pthread_cond_destroy(&w->cond)); if (w->srcaddr != NULL) free(w->srcaddr); if (w->nobjhead != NULL) { Lck_Delete(&w->nobjhead->mtx); FREE_OBJ(w->nobjhead); } if (w-> NULL) STV_free(w->nobj->objstore); return (NULL); }