varnish学习笔记

目录

  • Varnish简介及特点
  • Varnish日志
  • Varnish系统结构
  • Varnish所支持的算法
  • VCL介绍
  • Varnish后端存储
  • Varnish实战

Varnish简介及特点

Varnish是一款高性能且开源的反向代理服务器和HTTP缓存加速器；在1975年时，储存媒介只有两种：内存与硬盘。但现在计算机系统的内存除了主存外，还包括了CPU内的L1、L2，甚至有L3快取。硬盘上也有自己的快取装置，因此Squid Cache自行处理物件替换的架构不可能得知这些情况而做到最佳化，但操作系统可以得知这些情况，所以这部份的工作应该交给操作系统处理，这就是 Varnish cache设计架构。

其特点如下：

    1. Varnish基于内存缓存，重启后数据将消失
    2. 利用虚拟内存方式，io性能好
    3. 支持设置0~60秒内的精确缓存时间
    4. VCL配置管理比较灵活
    5. 32位机器上缓存文件大小为最大2G
    6. 具有强大的管理功能，例如top，stat，admin，list等
    7. 状态机设计巧妙，结构清晰
    8. 利用二叉堆管理缓存文件，达到积极删除目的

Varnish日志

为了与系统的其它部分进行交互，Child进程使用了可以通过文件系统接口进行访问的共享内存日志(shared memory log)，因此，如果某线程需要记录信息，其仅需要持有一个锁，而后向共享内存中的某内存区域写入数据，再释放持有的锁即可。而为了减少竞争，每个worker线程都使用了日志数据缓存。共享内存日志大小一般为90M，其分为两部分，前一部分为计数器，后半部分为客户端请求的数据。varnish提供了多个不同的工具如varnishlog、varnishncsa或varnishstat等来分析共享内存日志中的信息并能够以指定的方式进行显示。

Varnish系统结构

Varnish主要有两个进程：Management与Child进程(也称为Cache进程)；如下图：

Management进程主要实现了应用新更新的配置，编译VCL配置、监控Varnish、初始化Varnish及提供一个管理接口等；Management进程会每隔一段时间检测一下Child进程是否运行正常，如果在指定的时间内没有响应则Memagement会重启Child进程。

Varnish所支持的算法

Varnish的director支持的挑选方法中比较简单的有round-robin和random两种。其中，round-robin类型没有任何参数，只需要为其指定各后端主机即可，挑选方式为“轮叫”，并在某后端主机故障时不再将其视作挑选对象；random方法随机从可用后端主机中进行挑选，每一个后端主机都需要一个.weight参数以指定其权重，同时还可以director级别使用.retires参数来设定查找一个健康后端主机时的尝试次数。在2.1.0以后的版本后，random挑选方法又多了两种变化形式client和hash。client类型的director使用client.identity作为挑选因子，这意味着client.identity相同的请求都将被发送至同一个后端主机。client.identity默认为cliet.ip，但也可以在VCL中将其修改为所需要的标识符。类似地，hash类型的director使用hash数据作为挑选因子，这意味着对同一个URL的请求将被发往同一个后端主机，其常用于多级缓存的场景中。然而，无论是client还hash，当其倾向于使用后端主机不可用时将会重新挑选新的后端其机。

VCL介绍

VCL是varnish配置缓存策略的工具，它是一种基于“域”(domain specific)的简单编程语言，可以使用指定运算符：“=”，比较运算符“==”，逻辑运算符“!,&&,!!”等；支持使用正则表达式进行字符串匹配、允许用户使用set自定义变量、支持if判断语句，也有内置的函数和变量等；VCL策略在启用前，会由management进程将其转换为C代码，而后再由gcc编译器将C代码编译成二进制程序。编译完成后，management负责将其连接至varnish实例，即child进程。

1.vcl_recv()

用于接收和处理请求，当请求到达并成功接收后被调用，通过判断请求的数据来决定如何处理请求。此函数一般以如下几个关键字结束：

pass：表示进入pass模式，把请求控制权交给vcl_pass函数。

pipe：表示进入pipe模式，把请求控制权交给vcl_pipe函数。

error
code [reason]：表示返回“code”给客户端，并放弃处理该请求，“code”是错误标识，例如200、405等等，“reason”是错误提示信息。

2.vcl_pipe()

此函数在进入pipe模式时被调用，用于将请求直接传递至后端主机，在请求和返回的内容没有改变的情况下，将不变的内容返回给客户端，直到这个链接关闭。

此函数一般以关键字error
code [reason]和pipe结束。

3.vcl_pass()

此函数在进入pass模式时被调用，用于将请求直接传递至后端主机，后端主机应答数据后送给客户端，但不进行任何缓存，在当前连接下每次都返回最新的内容。

此函数一般以关键字error code [reason]和pipe结束。

4.lookup

表示在缓存里查找被请求的对象，并且根据查找的结果把控制权交给vcl_hit()和vcl_miss()

5.vcl_hit()

在执行lookup指令后，如果在缓存中找到请求的内容，将自动调用该函数.

此函数一般以关键字error code [reason]、deliver和pass结束。

6.vcl_fetch()

在从后端主机更新缓存并且获取内容后调用该方法，接着，通过判断获取的内容来决定是否将内容放入缓存，还是直接返回给客户端。一般以关键字error code [reason]、deliver和pass结束。

7.vcl_deliver()

在缓存中找到请求的内容后，发送给客户端前调用此方法。一般以关键字error code [reason]、deliver结束。

8.vcl_timeout()

此函数在缓存内容到期前调用。一般以关键字discard和fetch结束。

9.vcl_discard()

在缓存内容到期后或缓存空间不够时，自动调用该方法。一般以关键字discard和keep结束。

每种函数的关联如下图所示：

Varnish后端存储

varnish支持多种不同类型的后端存储，这可以在varnishd启动时使用-s选项指定。后端存储包括：

1、file：使用特定的文件存储全部的缓存数据，并通过操作系统的mmap()系统调用将整个缓存文件映射至内存区域(如果条件允许）

2、malloc：使用malloc()库调用在varnish启动时向操作系统申请指定大小的内存空间以存储缓存对像

varnish无法追踪某缓存对象是否存入了缓存文件，从而也就无从得知磁盘上的缓存文件是否可用，因此，file存储方法在varnish停止或重启时会清除数据。而persistent方法的出现对此有了一个弥补，但persistent仍处于测试阶段，例如目前尚无法有效处理要缓存对象总体大小超出缓存空间的情况，所以，其仅适用于有着巨大缓存空间的场景。

选择使用合适的存储方式有助于提升系统性，从经验的角度来看，建议在内存空间足以存储所有的缓存对象时使用malloc的方法，反之，file存储将有着更好的性能的表现。然而，需要注意的是，varnishd实际上使用的空间比使用-s选项指定的缓存空间更大，一般说来，其需要为每个缓存对象多使用差不多1K左右的存储空间，这意味着，对于100万个缓存对象的场景来说，其使用的缓存空间将超出指定大小1G左右。另外，为了保存数据结构等，varnish自身也会占去不小的内存空间。

Varnish实战

  • Varnish安装，命令使用和配置文件介绍
1、配置yum源，使用yum安装Varnish
# rpm --nosignature -i http://repo.varnish-cache.org/redhat/varnish-3.0/el5/noarch/varnish-release-3.0-1.el5.centos.noarch.rpm
# yum -y install varnish
2、查看安装Varnish所生成的文件
# rpm -ql varnish
/etc/rc.d/init.d/varnish        #Varnish服务启动脚本
/etc/rc.d/init.d/varnishlog     #Varnish日志服务启动脚本
/etc/rc.d/init.d/varnishncsa    #Varnish日志服务启动脚本
/etc/sysconfig/varnish          #Varnish启动服务的主配置文件
/etc/varnish                    #配置文件目录
/etc/varnish/default.vcl        #默认VCL文件
/usr/bin/varnish_reload_vcl     #Varnish的VCL管理工具
/usr/bin/varnishadm             #Varnish管理工具
/usr/bin/varnishhist
/usr/bin/varnishlog             #Varnish日志管理工具
/usr/bin/varnishncsa            #Varnish日志管理工具
/usr/bin/varnishreplay
/usr/bin/varnishsizes
/usr/bin/varnishstat            #Varnish状态查看工具
/usr/bin/varnishtest
/usr/bin/varnishtop
3、Varnish服务配置文件
NFILES=131072            
MEMLOCK=82000
NPROCS="unlimited"
# DAEMON_COREFILE_LIMIT="unlimited"        #内核最大打开的文件数
RELOAD_VCL=1                               #是否自动加载VCL
VARNISH_VCL_CONF=/etc/varnish/default.vcl  #默认加载的VCL文件
VARNISH_LISTEN_PORT=80                     #监听端口，默认为6081
VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS=127.0.0.1     #管理的IP地址
VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT=6082             #管理端口
VARNISH_SECRET_FILE=/etc/varnish/secret    #密钥文件
VARNISH_MIN_THREADS=50                     #最小线程数量
VARNISH_MAX_THREADS=1000                   #最大线程数量
VARNISH_THREAD_TIMEOUT=120                 #线程超时时间
VARNISH_STORAGE_FILE=/var/lib/varnish/varnish_storage.bin #缓存文件位置
VARNISH_STORAGE_SIZE=1G                    #设置文件缓存大小变量
VARNISH_MEMORY_SIZE=64M                    #设置内存缓存大小变量
#VARNISH_STORAGE="file,${VARNISH_STORAGE_FILE},${VARNISH_STORAGE_SIZE}" #默认存储到文件中，这里可以修改存储位置
VARNISH_STORAGE="malloc,${VARNISH_MEMORY_SIZE}" #设置缓存位置为内存
VARNISH_TTL=120                
DAEMON_OPTS="-a ${VARNISH_LISTEN_ADDRESS}:${VARNISH_LISTEN_PORT}              -f ${VARNISH_VCL_CONF}              -T ${VARNISH_ADMIN_LISTEN_ADDRESS}:${VARNISH_ADMIN_LISTEN_PORT}              -t ${VARNISH_TTL}              -w ${VARNISH_MIN_THREADS},${VARNISH_MAX_THREADS},${VARNISH_THREAD_TIMEOUT}              -u varnish -g varnish              -S ${VARNISH_SECRET_FILE}              -s ${VARNISH_STORAGE}"    #所有启动加载选项
4、启动Varnish
[[email protected] ~]# service varnish start
[[email protected] ~]# netstat -anput|grep varnish
tcp        0      0 0.0.0.0:80                  0.0.0.0:*                   LISTEN      20303/varnishd
tcp        0      0 127.0.0.1:6082              0.0.0.0:*                   LISTEN      20301/varnishd
tcp        0      0 :::80                       :::*                        LISTEN      20303/varnishd
5、Varnishd命令
# varnishadm -h
varnishadm: invalid option -- ‘h‘
usage: varnishadm [-n ident] [-t timeout] [-S secretfile] -T [address]:port command [...]
    -n is mutually exlusive with -S and -T
注释：常用选项 -S：指定密钥文件 -T：指定服务器地址与端口；如管理一个Varnish服务器，连接到Varnish服务器：
# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
varnish> help
help [command]
ping [timestamp]
auth response
quit      #退出
banner
status    #查看状态
start     #启动Varnish
stop      #关闭Varnish
vcl.load <configname> <filename>            #加载一个VCL文件
vcl.inline <configname> <quoted_VCLstring>
vcl.use <configname>                        #使用VCL文件
vcl.discard <configname>
vcl.list                                    #查看VCL文件列表
vcl.show <configname>                       #查看VCL文件配置
param.show [-l] [<param>]
param.set <param> <value>
panic.show
panic.clear
storage.list
backend.list
backend.set_health matcher state
ban.url <regexp>
ban <field> <operator> <arg> [&& <field> <oper> <arg>]...
ban.list
  • 实验环境介绍

安装一个论坛程序，在Varnish服务器上做动静分离，将动态页面的请求都转发到"lamp"服务器组，"lamp"服务器组的数据库安装在"lamp1"服务器上面；将静态页面转发到"web"服务器组，对请求的静态内容做缓存。

  • 安装LAMP服务并假设论坛
1、在lamp1与lamp2服务器上安装服务并测试
######在Lamp1服务器上安装Httpd、Php、Mysql，启动服务
[[email protected] ~]# yum -yinstall httpd php mysql-server php-mysql
[[email protected] ~]# servicehttpd start
[[email protected] ~]# servicemysqld start
------------------------------------------------------------------------
######在Lamp2服务器上安装Httpd、Php，启动服务
[[email protected] ~]# yum -yinstall httpd php php-mysql
[[email protected] ~]# servicehttpd start
2、在Lamp1与Lamp2服务器创建php测试页面并访问验证
[[email protected] ~]# echo"<?php phpinfo();" > /var/www/html/index.php

3、安装论坛程序 点此下载
[[email protected] ~]# mysql
mysql> create databasebbs;
mysql> grant all onbbs.* to ‘bbsuser‘@‘172.16.%.%‘ identified by ‘bbspass‘;
mysql> flushprivileges;
注释：为论坛创建一个数据库并授权用户访问
------------------------------------------------------------------------
######安装论坛程序
[[email protected] ~]# unzipDiscuz_X3.0_SC_UTF8.zip
[[email protected] ~]# cp -rfupload/* /var/www/html/
[[email protected] ~]# chmod -R+w /var/www/html/{config,data,uc_server,uc_client}    #添加可写权限
[[email protected] ~]# chown -Rapache /var/www/html/*      #修改属主权限
4、访问"lamp1"服务器地址安装论坛

7、将论坛程序拷贝到lamp2服务器上一份并访问测试

[[email protected]~]# scp -rp /var/www/html/* 172.16.14.3:/var/www/html/
[[email protected] ~]# service httpd restart    #重启lamp2服务器的WEB服务

  • 安装web服务器并创建测试页访问
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected]web ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# echo"<h1>WEB</h1>" > /var/www/html/index.html #创建测试页

  • Varnish安装及配置
[[email protected] ~]# cd /etc/varnish/
[[email protected] varnish]# cp default.vcl default.vcl.bak
[[email protected] varnish]# vim default.vcl
######定义ACL
acl purgers {                    #定义acl，实现IP地址过滤
    "127.0.0.1";
    "172.16.0.0"/16;
}
######定义健康状态检测
probe dynamic {                  #设置动态网站服务器健康状态检测
    .url = "/index.html";
    .interval = 5s;
    .timeout = 1s;
    .expected_response = 200;
}            #这里设置了两个健康状态检测主要是为了区分动、静网站
probe static {                   #设置动态网站服务器健康状态检测
    .url = "/index.html";        #定义检测的页面
    .interval = 5s;              #探测请求的发送周期，默认为5秒
    .timeout = 1s;               #每次探测请求的过期时间
    .expected_response = 200;
}
######定义后端服务器
backend app1 {                  #定义一个后端服务器
    .host = "172.16.14.2";      #服务器地址
    .port = "80";               #服务器监听端口
    .probe = dynamic;           #健康状态检测
}
backend app2 {
    .host = "172.16.14.3";
    .port = "80";
    .probe = dynamic;
}
backend web {          
    .host = "172.16.14.4";
    .port = "80";
    .probe = static;
}
######定义后端服务器组，实现负载均衡效果
director apps random {          #定义一个后端服务器组，实现负载均衡效果
    {
         .backend = app1;       #调用前面已定义过的后端主机
     .weight = 2;           #设置权重
    }
    {
     .backend = app2;
     .weight = 2;
    }
}
######定义vcl_recv函数，实现请求到达并成功接收后调用此函数中定义的规则
sub vcl_recv {
######定义动、静分离,以".php"或".php?后面跟所有文件"结尾的请求都发送到动态服务器，其他请求都发送到静态服务器
    if (req.url ~ "\.php(\?\.*|$)") {
    set req.backend = apps;
    } else {
    set req.backend = web;
    }
    return(lookup);
######定义允许清除缓存的IP地址,调用的是前面定义的ACL
    if (req.request == "PURGE") {
        if (!client.ip ~ purgers) {
        error 405 "Method not allowed";
    }
        return(lookup);
    }
######重新定义http请求首部，让后端服务器可以记录请求客户端的真实IP地址
        if (req.restarts == 0) {
            if (req.http.x-forwarded-for) {
               set req.http.X-Forwarded-For =
               req.http.X-Forwarded-For + ", " + client.ip;
            } else {
                 set req.http.X-Forwarded-For = client.ip;
            }
         }
######除了定义的请求方法外，其他请求都到后端服务器
    if (req.request != "GET" &&
        req.request != "HEAD" &&
        req.request != "PUT" &&
        req.request != "POST" &&
        req.request != "TRACE" &&
        req.request != "OPTIONS" &&
        req.request != "DELETE") {
        return (pipe);
    }
    if (req.request != "GET" && req.request != "HEAD") {
        return (pass);
    }
######定义不缓存认证与Cookie信息
    if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) {
        return (pass);
    }
######定义压缩功能
    if (req.http.Accept-Enconding) {
       if (req.url ~ "\.(jpg|jpeg|gif|bmp|png|flv|gz|tgz|tbz|mp3)$") {
           remove req.http.Accept-Encoding;
       remove req.http.Cookie;
       } else if (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") {
       set req.http.Accept-Encoding = "gzip";
       } else if (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") {
       set req.http.Accept-Encoding = "deflate";
       } else { remove req.http.Accept-Encoding;
       }
    }
######定义指定格式结尾的文件去除Cookie信息
    if (req.request == "GET" && req.url ~ "\.(jpeg|jpg|gif|png|bmp|swf)$") {
    unset req.http.cookie;
    }
######定义防盗链设置
    if (req.http.referer ~ "http://.*") {
        if (!(req.http.referer ~ "http://.*\.baidu\.com" || req.http.referer ~ "http://.*\.google\.com.*")) {
              set req.http.host = "www.allen.com";
          set req.url = "http://172.16.14.4/error.html";
    }
    }
}
######定义vcl_hash函数
sub vcl_hash {
    hash_data(req.url);
    if (req.http.host) {
        hash_data(req.http.host);
    } else {
        hash_data(server.ip);
    }
    return(hash);
}
######定义vcl_hit函数
sub vcl_hit {
    if (req.request == "PURGE") { #语法方法为"PURGE"
       purge;                     #清除缓存
       error 200 "Purged.";       #返回错误状态码为"200"
    }
    return(deliver);
}
######定义vcl_miss函数
sub vcl_miss {
    if (req.request == "PURGE") {
    purge;
    error 404 "Not In Cache.";
    }
    return(fetch);
}
######定义vcl_psss函数
sub vcl_pass {
    if (req.request == "PURGE") {
       error 502 "Purged On A Passed Object.";
    }
    return(pass);
}
######定义vcl_fetch函数
sub vcl_fetch {
######定义缓存，如果匹配到已定义文件结尾的缓存1天，其他则缓存1小时
    if (req.request == "GET" && req.url ~ "\.(html|jpg|png|bmp|jpeg|gif|js|ico|swf|css)$") {
       set beresp.ttl = 1d;
       set beresp.http.expires = beresp.ttl;
    } else {
       set beresp.ttl = 1h;
    }
    return(deliver);
}
######定义在http首部中，如果请求命中显示"HIT",未命中则显示"MISS"
sub vcl_deliver {
    if (obj.hits > 0) {
       set resp.http.X-Cache = "HIT";
    } else {
       set resp.http.X-Cache = "MISS";
    }
}
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[[email protected] ~]# service varnish restart    #重启服务生效，重启服务器后所有缓存将被清除，不过不用重启也可以用这种方法使其生效
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[[email protected] ~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082
varnish> help                        #获取帮助
varnish> vcl.load acl_1 default.vcl  #加载acl文件,acl_1为配置名称
200   
VCL compiled.
varnish> vcl.list                    #查看加载的acl文件列表
200   
active          7 boot
available       0 acl_1
varnish> vcl.use acl_1               #应用acl文件
200
varnish> quit                        #退出
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注释：  -S：指定varnish的密钥文件  -T：指定varnish服务器地址及管理端口，默认端口为"6082"
  • 验证服务
1、对服务器做压力测试
如下：
###后端服务器不经过缓存测试
[[email protected] ~]# ab -c 100 -n 1000 http://172.16.14.2/index.php
Concurrency Level:      1000
Time taken for tests:   6.812 seconds
Complete requests:      10000
Failed requests:        0
Write errors:           0
Non-2xx responses:      10051
Total transferred:      2281577 bytes
HTML transferred:       0 bytes
Requests per second:    1468.04 [#/sec] (mean)  #每秒请求并发
Time per request:       681.179 [ms] (mean)
Time per request:       0.681 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          327.10 [Kbytes/sec] received
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
###
[[email protected] ~]# ab -c 1000 -n 10000 http://172.16.14.1/index.php
Concurrency Level:      1000
Time taken for tests:   2.594 seconds
Complete requests:      10000
Failed requests:        0
Write errors:           0
Non-2xx responses:      10056
Total transferred:      3117360 bytes
HTML transferred:       0 bytes
Requests per second:    3855.05 [#/sec] (mean)
Time per request:       259.400 [ms] (mean)
Time per request:       0.259 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          1173.59 [Kbytes/sec] received

2、测试缓存是否能命中
[[email protected] ~]# curl -I http://172.16.14.1/index.php
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Server: Apache/2.2.15 (CentOS)
X-Powered-By: PHP/5.3.3
location: forum.php
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 0
Accept-Ranges: bytes
Date: Wed, 09 Oct 2013 01:09:01 GMT
X-Varnish: 2142028839
Age: 0
Via: 1.1 varnish
Connection: keep-alive
X-Cache: MISS    #第一次请求，未命中显示"MISS"
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[[email protected] ~]# curl -I http://172.16.14.1/index.php
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Server: Apache/2.2.15 (CentOS)
X-Powered-By: PHP/5.3.3
location: forum.php
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 0
Accept-Ranges: bytes
Date: Wed, 09 Oct 2013 01:09:08 GMT
X-Varnish: 2142028841 2142028839
Age: 7
Via: 1.1 varnish
Connection: keep-alive
X-Cache: HIT    #第二次请求，命中则显示"HIT"

3、验证动、静分离的效果
[[email protected] ~]# service httpd stop    #停止提供静态页面的httpd服务
Stopping httpd:                                            [  OK  ]

注意：提供静态页面的服务停止后，所有图片都不能显示；如果把服务再启动起来就可以访问正常了。

4、验证手动清除缓存
[[email protected] ~]# curl -X PURGE http://172.16.14.1/index.php
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN"
 "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">
<html>
  <head>
    <title>200 Purged.</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Error 200 Purged.</h1>
    <p>Purged.</p>
    <h3>Guru Meditation:</h3>
    <p>XID: 580728625</p>
    <hr>
    <p>Varnish cache server</p>
  </body>
</html>                #注释：已经成功清除缓存
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[[email protected] ~]# curl -I http://172.16.14.1/index.php
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Server: Apache/2.2.15 (CentOS)
X-Powered-By: PHP/5.3.3
location: forum.php
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 0
Accept-Ranges: bytes
Date: Wed, 09 Oct 2013 02:03:03 GMT
X-Varnish: 580728626
Age: 0
Via: 1.1 varnish
Connection: keep-alive
X-Cache: MISS
时间： 2024-10-25 04:10:50

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