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15
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20  limitations under the License.
21 -->
22
23 <manualpage metafile="caching.xml.meta">
24
25   <title>Caching Guide</title>
26
27   <summary>
28     <p>This document supplements the <module>mod_cache</module>,
29     <module>mod_cache_disk</module>, <module>mod_file_cache</module> and <a
30     href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> reference documentation.
31     It describes how to use the Apache HTTP Server's caching features to accelerate web and
32     proxy serving, while avoiding common problems and misconfigurations.</p>
33   </summary>
34
35   <section id="introduction">
36     <title>Introduction</title>
37
38     <p>The Apache HTTP server offers a range of caching features that
39     are designed to improve the performance of the server in various
40     ways.</p>
41
42     <dl>
43         <dt>Three-state RFC2616 HTTP caching</dt>
44         <dd>
45             <module>mod_cache</module>
46             and its provider modules
47             <module>mod_cache_disk</module>
48             provide intelligent, HTTP-aware caching. The content itself is stored
49             in the cache, and mod_cache aims to honor all of the various HTTP
50             headers and options that control the cacheability of content
51             as described in
52             <a href="http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec13.html">Section
53             13 of RFC2616</a>.
54             <module>mod_cache</module>
55             is aimed at both simple and complex caching configurations, where
56             you are dealing with proxied content, dynamic local content or
57             have a need to speed up access to local files on a potentially
58             slow disk.
59         </dd>
60
61         <dt>Two-state key/value shared object caching</dt>
62         <dd>
63             The <a href="socache.html">shared object cache API</a> (socache)
64             and its provider modules provide a
65             server wide key/value based shared object cache. These modules
66             are designed to cache low level data such as SSL sessions and
67             authentication credentials. Backends allow the data to be stored
68             server wide in shared memory, or datacenter wide in a cache such
69             as memcache or distcache.
70         </dd>
71
72         <dt>Specialized file caching</dt>
73         <dd>
74             <module>mod_file_cache</module>
75             offers the ability to pre-load
76             files into memory on server startup, and can improve access
77             times and save file handles on files that are accessed often,
78             as there is no need to go to disk on each request.
79         </dd>
80     </dl>
81
82     <p>To get the most from this document, you should be familiar with
83     the basics of HTTP, and have read the Users' Guides to
84     <a href="urlmapping.html">Mapping URLs to the Filesystem</a> and
85     <a href="content-negotiation.html">Content negotiation</a>.</p>
86
87   </section>
88
89   <section id="http-caching">
90
91     <title>Three-state RFC2616 HTTP caching</title>
92
93     <related>
94       <modulelist>
95         <module>mod_cache</module>
96         <module>mod_cache_disk</module>
97       </modulelist>
98       <directivelist>
99         <directive module="mod_cache">CacheEnable</directive>
100         <directive module="mod_cache">CacheDisable</directive>
101         <directive module="core">UseCanonicalName</directive>
102         <directive module="mod_negotiation">CacheNegotiatedDocs</directive>
103       </directivelist>
104     </related>
105
106     <p>The HTTP protocol contains built in support for an in-line caching
107     mechanism
108     <a href="http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec13.html">
109     described by section 13 of RFC2616</a>, and the
110     <module>mod_cache</module> module can be used to take advantage of
111     this.</p>
112
113     <p>Unlike a simple two state key/value cache where the content
114     disappears completely when no longer fresh, an HTTP cache includes
115     a mechanism to retain stale content, and to ask the origin server
116     whether this stale content has changed and if not, make it fresh
117     again.</p>
118
119     <p>An entry in an HTTP cache exists in one of three states:</p>
120
121     <dl>
122     <dt>Fresh</dt>
123     <dd>
124         If the content is new enough (younger than its <strong>freshness
125         lifetime</strong>), it is considered <strong>fresh</strong>. An
126         HTTP cache is free to serve fresh content without making any
127         calls to the origin server at all.
128     </dd>
129     <dt>Stale</dt>
130     <dd>
131         <p>If the content is too old (older than its <strong>freshness
132         lifetime</strong>), it is considered <strong>stale</strong>. An
133         HTTP cache should contact the origin server and check whether
134         the content is still fresh before serving stale content to a
135         client. The origin server will either respond with replacement
136         content if not still valid, or ideally, the origin server will
137         respond with a code to tell the cache the content is still
138         fresh, without the need to generate or send the content again.
139         The content becomes fresh again and the cycle continues.</p>
140
141         <p>The HTTP protocol does allow the cache to serve stale data
142         under certain circumstances, such as when an attempt to freshen
143         the data with an origin server has failed with a 5xx error, or
144         when another request is already in the process of freshening
145         the given entry. In these cases a <code>Warning</code> header
146         is added to the response.</p>
147     </dd>
148     <dt>Non Existent</dt>
149     <dd>
150         If the cache gets full, it reserves the option to delete content
151         from the cache to make space. Content can be deleted at any time,
152         and can be stale or fresh. The <a
153         href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> tool can be
154         run on a once off basis, or deployed as a daemon to keep the size
155         of the cache within the given size, or the given number of inodes.
156         The tool attempts to delete stale content before attempting to
157         delete fresh content.
158     </dd>
159     </dl>
160
161     <p>Full details of how HTTP caching works can be found in
162     <a href="http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec13.html">
163     Section 13 of RFC2616</a>.</p>
164
165     <section>
166       <title>Interaction with the Server</title>
167
168       <p>The <module>mod_cache</module> module hooks into the server in two
169       possible places depending on the value of the
170       <directive module="mod_cache">CacheQuickHandler</directive> directive:
171       </p>
172
173       <dl>
174         <dt>Quick handler phase</dt>
175         <dd>
176           <p>This phase happens very early on during the request processing,
177               just after the request has been parsed. If the content is
178               found within the cache, it is served immediately and almost
179               all request processing is bypassed.</p>
180
181               <p>In this scenario, the cache behaves as if it has been "bolted
182               on" to the front of the server.</p>
183
184               <p>This mode offers the best performance, as the majority of
185               server processing is bypassed. This mode however also bypasses the
186               authentication and authorization phases of server processing, so
187               this mode should be chosen with care when this is important.</p>
188
189               <p> Requests with an "Authorization" header (for example, HTTP Basic
190               Authentication) are neither cacheable nor served from the cache
191               when <module>mod_cache</module> is running in this phase.</p>
192           </dd>
193           <dt>Normal handler phase</dt>
194           <dd>
195               <p>This phase happens late in the request processing, after all
196               the request phases have completed.</p>
197
198               <p>In this scenario, the cache behaves as if it has been "bolted
199               on" to the back of the server.</p>
200
201               <p>This mode offers the most flexibility, as the potential exists
202               for caching to occur at a precisely controlled point in the filter
203               chain, and cached content can be filtered or personalized before
204               being sent to the client.</p>
205           </dd>
206         </dl>
207
208         <p>If the URL is not found within the cache, <module>mod_cache</module>
209         will add a <a href="filter.html">filter</a> to the filter stack in order
210         to record the response to the cache, and then stand down, allowing normal
211         request processing to continue. If the content is determined to be
212         cacheable, the content will be saved to the cache for future serving,
213         otherwise the content will be ignored.</p>
214
215         <p>If the content found within the cache is stale, the
216         <module>mod_cache</module> module converts the request into a
217         <strong>conditional request</strong>. If the origin server responds with
218         a normal response, the normal response is cached, replacing the content
219         already cached. If the origin server responds with a 304 Not Modified
220         response, the content is marked as fresh again, and the cached content
221         is served by the filter instead of saving it.</p>
222     </section>
223
224     <section>
225       <title>Improving Cache Hits</title>
226
227       <p>When a virtual host is known by one of many different server aliases,
228       ensuring that <directive module="core">UseCanonicalName</directive> is
229       set to <code>On</code> can dramatically improve the ratio of cache hits.
230       This is because the hostname of the virtual-host serving the content is
231       used within the cache key. With the setting set to <code>On</code>
232       virtual-hosts with multiple server names or aliases will not produce
233       differently cached entities, and instead content will be cached as
234       per the canonical hostname.</p>
235
236     </section>
237
238     <section>
239       <title>Freshness Lifetime</title>
240
241       <p>Well formed content that is intended to be cached should declare an
242       explicit freshness lifetime with the <code>Cache-Control</code>
243       header's <code>max-age</code> or <code>s-maxage</code> fields, or
244       by including an <code>Expires</code> header.</p>
245
246       <p>At the same time, the origin server defined freshness lifetime can
247       be overridden by a client when the client presents their own
248       <code>Cache-Control</code> header within the request. In this case,
249       the lowest freshness lifetime between request and response wins.</p>
250
251       <p>When this freshness lifetime is missing from the request or the
252       response, a default freshness lifetime is applied. The default
253       freshness lifetime for cached entities is one hour, however
254       this can be easily over-ridden by using the <directive
255       module="mod_cache">CacheDefaultExpire</directive> directive.</p>
256
257       <p>If a response does not include an <code>Expires</code> header but does
258       include a <code>Last-Modified</code> header, <module>mod_cache</module>
259       can infer a freshness lifetime based on a heuristic, which can be
260       controlled through the use of the <directive
261       module="mod_cache">CacheLastModifiedFactor</directive> directive.</p>
262
263       <p>For local content, or for remote content that does not define its own
264       <code>Expires</code> header, <module>mod_expires</module> may be used to
265       fine-tune the freshness lifetime by adding <code>max-age</code> and
266       <code>Expires</code>.</p>
267
268       <p>The maximum freshness lifetime may also be controlled by using the
269       <directive module="mod_cache">CacheMaxExpire</directive>.</p>
270
271     </section>
272
273     <section>
274       <title>A Brief Guide to Conditional Requests</title>
275
276       <p>When content expires from the cache and becomes stale, rather than
277       pass on the original request, httpd will modify the request to make
278       it conditional instead.</p>
279
280       <p>When an <code>ETag</code> header exists in the original cached
281       response, <module>mod_cache</module> will add an
282       <code>If-None-Match</code> header to the request to the origin server.
283       When a <code>Last-Modified</code> header exists in the original
284       cached response, <module>mod_cache</module> will add an
285       <code>If-Modified-Since</code> header to the request to the origin
286       server. Performing either of these actions makes the request
287       <strong>conditional</strong>.</p>
288
289       <p>When a conditional request is received by an origin server, the
290       origin server should check whether the ETag or the Last-Modified
291       parameter has changed, as appropriate for the request. If not, the
292       origin should respond with a terse "304 Not Modified" response. This
293       signals to the cache that the stale content is still fresh should be
294       used for subsequent requests until the content's new freshness lifetime
295       is reached again.</p>
296
297       <p>If the content has changed, then the content is served as if the
298       request were not conditional to begin with.</p>
299
300       <p>Conditional requests offer two benefits. Firstly, when making such
301       a request to the origin server, if the content from the origin
302       matches the content in the cache, this can be determined easily and
303       without the overhead of transferring the entire resource.</p>
304
305       <p>Secondly, a well designed origin server will be designed in such
306       a way that conditional requests will be significantly cheaper to
307       produce than a full response. For static files, typically all that is
308       involved is a call to <code>stat()</code> or similar system call, to
309       see if the file has changed in size or modification time. As such, even
310       local content may still be served faster from the cache if it has not
311       changed.</p>
312
313       <p>Origin servers should make every effort to support conditional
314       requests as is practical, however if conditional requests are not
315       supported, the origin will respond as if the request was not
316       conditional, and the cache will respond as if the content had changed
317       and save the new content to the cache. In this case, the cache will
318       behave like a simple two state cache, where content is effectively
319       either fresh or deleted.</p>
320     </section>
321
322     <section>
323       <title>What Can be Cached?</title>
324
325       <p>The full definition of which responses can be cached by an HTTP
326       cache is defined in
327       <a href="http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec13.html#sec13.4">
328       RFC2616 Section 13.4 Response Cacheability</a>, and can be summed up as
329       follows:</p>
330
331       <ol>
332         <li>Caching must be enabled for this URL. See the <directive
333         module="mod_cache">CacheEnable</directive> and <directive
334         module="mod_cache">CacheDisable</directive> directives.</li>
335
336         <li>The response must have a HTTP status code of 200, 203, 300, 301 or
337         410.</li>
338
339         <li>The request must be a HTTP GET request.</li>
340
341         <li>If the response contains an "Authorization:" header, it must
342         also contain an "s-maxage", "must-revalidate" or "public" option
343         in the "Cache-Control:" header, or it won't be cached.</li>
344
345         <li>If the URL included a query string (e.g. from a HTML form GET
346         method) it will not be cached unless the response specifies an
347         explicit expiration by including an "Expires:" header or the max-age
348         or s-maxage directive of the "Cache-Control:" header, as per RFC2616
349         sections 13.9 and 13.2.1.</li>
350
351         <li>If the response has a status of 200 (OK), the response must
352         also include at least one of the "Etag", "Last-Modified" or
353         the "Expires" headers, or the max-age or s-maxage directive of
354         the "Cache-Control:" header, unless the
355         <directive module="mod_cache">CacheIgnoreNoLastMod</directive>
356         directive has been used to require otherwise.</li>
357
358         <li>If the response includes the "private" option in a "Cache-Control:"
359         header, it will not be stored unless the
360         <directive module="mod_cache">CacheStorePrivate</directive> has been
361         used to require otherwise.</li>
362
363         <li>Likewise, if the response includes the "no-store" option in a
364         "Cache-Control:" header, it will not be stored unless the
365         <directive module="mod_cache">CacheStoreNoStore</directive> has been
366         used.</li>
367
368         <li>A response will not be stored if it includes a "Vary:" header
369         containing the match-all "*".</li>
370       </ol>
371     </section>
372
373     <section>
374       <title>What Should Not be Cached?</title>
375
376       <p>It should be up to the client creating the request, or the origin
377       server constructing the response to decide whether or not the content
378       should be cacheable or not by correctly setting the
379       <code>Cache-Control</code> header, and <module>mod_cache</module> should
380       be left alone to honor the wishes of the client or server as appropriate.
381       </p>
382
383       <p>Content that is time sensitive, or which varies depending on the
384       particulars of the request that are not covered by HTTP negotiation,
385       should not be cached. This content should declare itself uncacheable
386       using the <code>Cache-Control</code> header.</p>
387
388       <p>If content changes often, expressed by a freshness lifetime of minutes
389       or seconds, the content can still be cached, however it is highly
390       desirable that the origin server supports
391       <strong>conditional requests</strong> correctly to ensure that
392       full responses do not have to be generated on a regular basis.</p>
393
394       <p>Content that varies based on client provided request headers can be
395       cached through intelligent use of the <code>Vary</code> response
396       header.</p>
397
398     </section>
399
400     <section>
401       <title>Variable/Negotiated Content</title>
402
403       <p>When the origin server is designed to respond with different content
404       based on the value of headers in the request, for example to serve
405       multiple languages at the same URL, HTTP's caching mechanism makes it
406       possible to cache multiple variants of the same page at the same URL.</p>
407
408       <p>This is done by the origin server adding a <code>Vary</code> header
409       to indicate which headers must be taken into account by a cache when
410       determining whether two variants are different from one another.</p>
411
412       <p>If for example, a response is received with a vary header such as;</p>
413
414       <example>
415 Vary: negotiate,accept-language,accept-charset
416       </example>
417
418       <p><module>mod_cache</module> will only serve the cached content to
419       requesters with accept-language and accept-charset headers
420       matching those of the original request.</p>
421
422       <p>Multiple variants of the content can be cached side by side,
423       <module>mod_cache</module> uses the <code>Vary</code> header and the
424       corresponding values of the request headers listed by <code>Vary</code>
425       to decide on which of many variants to return to the client.</p>
426     </section>
427
428   </section>
429
430   <section id="examples">
431
432     <title>Cache Setup Examples</title>
433
434     <related>
435       <modulelist>
436         <module>mod_cache</module>
437         <module>mod_cache_disk</module>
438         <module>mod_cache_socache</module>
439         <module>mod_socache_memcache</module>
440       </modulelist>
441       <directivelist>
442         <directive module="mod_cache">CacheEnable</directive>
443         <directive module="mod_cache_disk">CacheRoot</directive>
444         <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLevels</directive>
445         <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLength</directive>
446         <directive module="mod_cache_socache">CacheSocache</directive>
447       </directivelist>
448     </related>
449
450     <section id="disk">
451       <title>Caching to Disk</title>
452
453       <p>The <module>mod_cache</module> module relies on specific backend store
454       implementations in order to manage the cache, and for caching to disk
455       <module>mod_cache_disk</module> is provided to support this.</p>
456
457       <p>Typically the module will be configured as so;</p>
458
459       <highlight language="config">
460 CacheRoot   "/var/cache/apache/"
461 CacheEnable disk /
462 CacheDirLevels 2
463 CacheDirLength 1
464       </highlight>
465
466       <p>Importantly, as the cached files are locally stored, operating system
467       in-memory caching will typically be applied to their access also. So
468       although the files are stored on disk, if they are frequently accessed
469       it is likely the operating system will ensure that they are actually
470       served from memory.</p>
471
472     </section>
473
474     <section>
475       <title>Understanding the Cache-Store</title>
476
477       <p>To store items in the cache, <module>mod_cache_disk</module> creates
478       a 22 character hash of the URL being requested. This hash incorporates
479       the hostname, protocol, port, path and any CGI arguments to the URL,
480       as well as elements defined by the Vary header to ensure that multiple
481       URLs do not collide with one another.</p>
482
483       <p>Each character may be any one of 64-different characters, which mean
484       that overall there are 64^22 possible hashes. For example, a URL might
485       be hashed to <code>xyTGxSMO2b68mBCykqkp1w</code>. This hash is used
486       as a prefix for the naming of the files specific to that URL within
487       the cache, however first it is split up into directories as per
488       the <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLevels</directive> and
489       <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLength</directive>
490       directives.</p>
491
492       <p><directive module="mod_cache_disk">CacheDirLevels</directive>
493       specifies how many levels of subdirectory there should be, and
494       <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLength</directive>
495       specifies how many characters should be in each directory. With
496       the example settings given above, the hash would be turned into
497       a filename prefix as
498       <code>/var/cache/apache/x/y/TGxSMO2b68mBCykqkp1w</code>.</p>
499
500       <p>The overall aim of this technique is to reduce the number of
501       subdirectories or files that may be in a particular directory,
502       as most file-systems slow down as this number increases. With
503       setting of "1" for
504       <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLength</directive>
505       there can at most be 64 subdirectories at any particular level.
506       With a setting of 2 there can be 64 * 64 subdirectories, and so on.
507       Unless you have a good reason not to, using a setting of "1"
508       for <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLength</directive>
509       is recommended.</p>
510
511       <p>Setting
512       <directive module="mod_cache_disk">CacheDirLevels</directive>
513       depends on how many files you anticipate to store in the cache.
514       With the setting of "2" used in the above example, a grand
515       total of 4096 subdirectories can ultimately be created. With
516       1 million files cached, this works out at roughly 245 cached
517       URLs per directory.</p>
518
519       <p>Each URL uses at least two files in the cache-store. Typically
520       there is a ".header" file, which includes meta-information about
521       the URL, such as when it is due to expire and a ".data" file
522       which is a verbatim copy of the content to be served.</p>
523
524       <p>In the case of a content negotiated via the "Vary" header, a
525       ".vary" directory will be created for the URL in question. This
526       directory will have multiple ".data" files corresponding to the
527       differently negotiated content.</p>
528     </section>
529
530     <section>
531       <title>Maintaining the Disk Cache</title>
532
533       <p>The <module>mod_cache_disk</module> module makes no attempt to
534       regulate the amount of disk space used by the cache, although it
535       will gracefully stand down on any disk error and behave as if the
536       cache was never present.</p>
537
538       <p>Instead, provided with httpd is the <a
539       href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> tool which allows you
540       to clean the cache periodically. Determining how frequently to run <a
541       href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> and what target size to
542       use for the cache is somewhat complex and trial and error may be needed to
543       select optimal values.</p>
544
545       <p><a href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> has two modes of
546       operation. It can be run as persistent daemon, or periodically from
547       cron. <a
548       href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> can take up to an hour
549       or more to process very large (tens of gigabytes) caches and if you are
550       running it from cron it is recommended that you determine how long a typical
551       run takes, to avoid running more than one instance at a time.</p>
552
553       <p>It is also recommended that an appropriate "nice" level is chosen for
554       htcacheclean so that the tool does not cause excessive disk io while the
555       server is running.</p>
556
557       <p class="figure">
558       <img src="images/caching_fig1.gif" alt="" width="600"
559           height="406" /><br />
560       <a id="figure1" name="figure1"><dfn>Figure 1</dfn></a>: Typical
561       cache growth / clean sequence.</p>
562
563       <p>Because <module>mod_cache_disk</module> does not itself pay attention
564       to how much space is used you should ensure that
565       <a href="programs/htcacheclean.html">htcacheclean</a> is configured to
566       leave enough "grow room" following a clean.</p>
567     </section>
568
569     <section id="memcache">
570       <title>Caching to memcached</title>
571
572       <p>Using the <module>mod_cache_socache</module> module, <module>mod_cache</module>
573       can cache data from a variety of implementations (aka: "providers"). Using the
574       <module>mod_socache_memcache</module> module, for example, one can specify that
575       <a href="http://memcached.org">memcached</a> is to be used as the
576       the backend storage mechanism.</p>
577
578       <p>Typically the module will be configured as so:</p>
579
580       <highlight language="config">
581 CacheEnable socache /
582 CacheSocache memcache:memcd.example.com:11211
583       </highlight>
584
585       <p>Additional <code>memcached</code> servers can be specified by
586       appending them to the end of the <code>CacheSocache memcache:</code>
587       line separated by commas:</p>
588
589       <highlight language="config">
590 CacheEnable socache /
591 CacheSocache memcache:mem1.example.com:11211,mem2.example.com:11212
592       </highlight>
593
594       <p>This format is also used with the other various <module>mod_cache_socache</module>
595       providers. For example:</p>
596
597       <highlight language="config">
598 CacheEnable socache /
599 CacheSocache shmcb:/path/to/datafile(512000)
600       </highlight>
601
602       <highlight language="config">
603 CacheEnable socache /
604 CacheSocache dbm:/path/to/datafile
605       </highlight>
606
607     </section>
608
609   </section>
610
611   <section id="socache-caching">
612
613     <title>General Two-state Key/Value Shared Object Caching</title>
614
615     <related>
616       <modulelist>
617         <module>mod_authn_socache</module>
618         <module>mod_socache_dbm</module>
619         <module>mod_socache_dc</module>
620         <module>mod_socache_memcache</module>
621         <module>mod_socache_shmcb</module>
622         <module>mod_ssl</module>
623       </modulelist>
624         <directivelist>
625           <directive module="mod_authn_socache">AuthnCacheSOCache</directive>
626           <directive module="mod_ssl">SSLSessionCache</directive>
627           <directive module="mod_ssl">SSLStaplingCache</directive>
628         </directivelist>
629     </related>
630
631     <p>The Apache HTTP server offers a low level shared object cache for
632     caching information such as SSL sessions, or authentication credentials,
633     within the <a href="socache.html">socache</a> interface.</p>
634
635     <p>Additional modules are provided for each implementation, offering the
636     following backends:</p>
637
638     <dl>
639     <dt><module>mod_socache_dbm</module></dt>
640     <dd>DBM based shared object cache.</dd>
641     <dt><module>mod_socache_dc</module></dt>
642     <dd>Distcache based shared object cache.</dd>
643     <dt><module>mod_socache_memcache</module></dt>
644     <dd>Memcache based shared object cache.</dd>
645     <dt><module>mod_socache_shmcb</module></dt>
646     <dd>Shared memory based shared object cache.</dd>
647     </dl>
648
649     <section id="mod_authn_socache-caching">
650       <title>Caching Authentication Credentials</title>
651
652       <related>
653         <modulelist>
654           <module>mod_authn_socache</module>
655         </modulelist>
656         <directivelist>
657           <directive module="mod_authn_socache">AuthnCacheSOCache</directive>
658         </directivelist>
659       </related>
660
661       <p>The <module>mod_authn_socache</module> module allows the result of
662       authentication to be cached, relieving load on authentication backends.</p>
663
664     </section>
665
666     <section id="mod_ssl-caching">
667       <title>Caching SSL Sessions</title>
668
669       <related>
670         <modulelist>
671           <module>mod_ssl</module>
672         </modulelist>
673         <directivelist>
674           <directive module="mod_ssl">SSLSessionCache</directive>
675           <directive module="mod_ssl">SSLStaplingCache</directive>
676         </directivelist>
677       </related>
678
679       <p>The <module>mod_ssl</module> module uses the <code>socache</code> interface
680       to provide a session cache and a stapling cache.</p>
681
682     </section>
683
684   </section>
685
686   <section id="file-caching">
687
688     <title>Specialized File Caching</title>
689
690     <related>
691       <modulelist>
692         <module>mod_file_cache</module>
693       </modulelist>
694       <directivelist>
695         <directive module="mod_file_cache">CacheFile</directive>
696         <directive module="mod_file_cache">MMapFile</directive>
697       </directivelist>
698     </related>
699
700     <p>On platforms where a filesystem might be slow, or where file
701     handles are expensive, the option exists to pre-load files into
702     memory on startup.</p>
703
704     <p>On systems where opening files is slow, the option exists to
705     open the file on startup and cache the file handle. These
706     options can help on systems where access to static files is
707     slow.</p>
708
709     <section id="filehandle">
710       <title>File-Handle Caching</title>
711
712       <p>The act of opening a file can itself be a source of delay, particularly
713       on network filesystems. By maintaining a cache of open file descriptors
714       for commonly served files, httpd can avoid this delay. Currently httpd
715       provides one implementation of File-Handle Caching.</p>
716
717       <section>
718         <title>CacheFile</title>
719
720         <p>The most basic form of caching present in httpd is the file-handle
721         caching provided by <module>mod_file_cache</module>. Rather than caching
722         file-contents, this cache maintains a table of open file descriptors. Files
723         to be cached in this manner are specified in the configuration file using
724         the <directive module="mod_file_cache">CacheFile</directive>
725         directive.</p>
726
727         <p>The
728         <directive module="mod_file_cache">CacheFile</directive> directive
729         instructs httpd to open the file when it is started and to re-use
730         this file-handle for all subsequent access to this file.</p>
731
732         <highlight language="config">
733         CacheFile /usr/local/apache2/htdocs/index.html
734         </highlight>
735
736         <p>If you intend to cache a large number of files in this manner, you
737         must ensure that your operating system's limit for the number of open
738         files is set appropriately.</p>
739
740         <p>Although using <directive module="mod_file_cache">CacheFile</directive>
741         does not cause the file-contents to be cached per-se, it does mean
742         that if the file changes while httpd is running these changes will
743         not be picked up. The file will be consistently served as it was
744         when httpd was started.</p>
745
746         <p>If the file is removed while httpd is running, it will continue
747         to maintain an open file descriptor and serve the file as it was when
748         httpd was started. This usually also means that although the file
749         will have been deleted, and not show up on the filesystem, extra free
750         space will not be recovered until httpd is stopped and the file
751         descriptor closed.</p>
752       </section>
753
754     </section>
755
756     <section id="inmemory">
757       <title>In-Memory Caching</title>
758
759       <p>Serving directly from system memory is universally the fastest method
760       of serving content. Reading files from a disk controller or, even worse,
761       from a remote network is orders of magnitude slower. Disk controllers
762       usually involve physical processes, and network access is limited by
763       your available bandwidth. Memory access on the other hand can take mere
764       nano-seconds.</p>
765
766       <p>System memory isn't cheap though, byte for byte it's by far the most
767       expensive type of storage and it's important to ensure that it is used
768       efficiently. By caching files in memory you decrease the amount of
769       memory available on the system. As we'll see, in the case of operating
770       system caching, this is not so much of an issue, but when using
771       httpd's own in-memory caching it is important to make sure that you
772       do not allocate too much memory to a cache. Otherwise the system
773       will be forced to swap out memory, which will likely degrade
774       performance.</p>
775
776       <section>
777         <title>Operating System Caching</title>
778
779         <p>Almost all modern operating systems cache file-data in memory managed
780         directly by the kernel. This is a powerful feature, and for the most
781         part operating systems get it right. For example, on Linux, let's look at
782         the difference in the time it takes to read a file for the first time
783         and the second time;</p>
784
785         <example><pre>
786 colm@coroebus:~$ time cat testfile &gt; /dev/null
787 real    0m0.065s
788 user    0m0.000s
789 sys     0m0.001s
790 colm@coroebus:~$ time cat testfile &gt; /dev/null
791 real    0m0.003s
792 user    0m0.003s
793 sys     0m0.000s</pre>
794         </example>
795
796         <p>Even for this small file, there is a huge difference in the amount
797         of time it takes to read the file. This is because the kernel has cached
798         the file contents in memory.</p>
799
800         <p>By ensuring there is "spare" memory on your system, you can ensure
801         that more and more file-contents will be stored in this cache. This
802         can be a very efficient means of in-memory caching, and involves no
803         extra configuration of httpd at all.</p>
804
805         <p>Additionally, because the operating system knows when files are
806         deleted or modified, it can automatically remove file contents from the
807         cache when necessary. This is a big advantage over httpd's in-memory
808         caching which has no way of knowing when a file has changed.</p>
809       </section>
810
811       <p>Despite the performance and advantages of automatic operating system
812       caching there are some circumstances in which in-memory caching may be
813       better performed by httpd.</p>
814
815       <section>
816         <title>MMapFile Caching</title>
817
818         <p><module>mod_file_cache</module> provides the
819         <directive module="mod_file_cache">MMapFile</directive> directive, which
820         allows you to have httpd map a static file's contents into memory at
821         start time (using the mmap system call). httpd will use the in-memory
822         contents for all subsequent accesses to this file.</p>
823
824         <highlight language="config">
825         MMapFile /usr/local/apache2/htdocs/index.html
826         </highlight>
827
828         <p>As with the
829         <directive module="mod_file_cache">CacheFile</directive> directive, any
830         changes in these files will not be picked up by httpd after it has
831         started.</p>
832
833         <p> The <directive module="mod_file_cache">MMapFile</directive>
834         directive does not keep track of how much memory it allocates, so
835         you must ensure not to over-use the directive. Each httpd child
836         process will replicate this memory, so it is critically important
837         to ensure that the files mapped are not so large as to cause the
838         system to swap memory.</p>
839       </section>
840     </section>
841
842   </section>
843
844   <section id="security">
845     <title>Security Considerations</title>
846
847     <section>
848       <title>Authorization and Access Control</title>
849
850       <p>Using <module>mod_cache</module> in its default state where
851       <directive module="mod_cache">CacheQuickHandler</directive> is set to
852       <code>On</code> is very much like having a caching reverse-proxy bolted
853       to the front of the server. Requests will be served by the caching module
854       unless it determines that the origin server should be queried just as an
855       external cache would, and this drastically changes the security model of
856       httpd.</p>
857
858       <p>As traversing a filesystem hierarchy to examine potential
859       <code>.htaccess</code> files would be a very expensive operation,
860       partially defeating the point of caching (to speed up requests),
861       <module>mod_cache</module> makes no decision about whether a cached
862       entity is authorised for serving. In other words; if
863       <module>mod_cache</module> has cached some content, it will be served
864       from the cache as long as that content has not expired.</p>
865
866       <p>If, for example, your configuration permits access to a resource by IP
867       address you should ensure that this content is not cached. You can do this
868       by using the <directive module="mod_cache">CacheDisable</directive>
869       directive, or <module>mod_expires</module>. Left unchecked,
870       <module>mod_cache</module> - very much like a reverse proxy - would cache
871       the content when served and then serve it to any client, on any IP
872       address.</p>
873
874       <p>When the <directive module="mod_cache">CacheQuickHandler</directive>
875       directive is set to <code>Off</code>, the full set of request processing
876       phases are executed and the security model remains unchanged.</p>
877     </section>
878
879     <section>
880       <title>Local exploits</title>
881
882       <p>As requests to end-users can be served from the cache, the cache
883       itself can become a target for those wishing to deface or interfere with
884       content. It is important to bear in mind that the cache must at all
885       times be writable by the user which httpd is running as. This is in
886       stark contrast to the usually recommended situation of maintaining
887       all content unwritable by the Apache user.</p>
888
889       <p>If the Apache user is compromised, for example through a flaw in
890       a CGI process, it is possible that the cache may be targeted. When
891       using <module>mod_cache_disk</module>, it is relatively easy to
892       insert or modify a cached entity.</p>
893
894       <p>This presents a somewhat elevated risk in comparison to the other
895       types of attack it is possible to make as the Apache user. If you are
896       using <module>mod_cache_disk</module> you should bear this in mind -
897       ensure you upgrade httpd when security upgrades are announced and
898       run CGI processes as a non-Apache user using <a
899       href="suexec.html">suEXEC</a> if possible.</p>
900
901     </section>
902
903     <section>
904       <title>Cache Poisoning</title>
905
906       <p>When running httpd as a caching proxy server, there is also the
907       potential for so-called cache poisoning. Cache Poisoning is a broad
908       term for attacks in which an attacker causes the proxy server to
909       retrieve incorrect (and usually undesirable) content from the origin
910       server.</p>
911
912       <p>For example if the DNS servers used by your system running httpd
913       are vulnerable to DNS cache poisoning, an attacker may be able to control
914       where httpd connects to when requesting content from the origin server.
915       Another example is so-called HTTP request-smuggling attacks.</p>
916
917       <p>This document is not the correct place for an in-depth discussion
918       of HTTP request smuggling (instead, try your favourite search engine)
919       however it is important to be aware that it is possible to make
920       a series of requests, and to exploit a vulnerability on an origin
921       webserver such that the attacker can entirely control the content
922       retrieved by the proxy.</p>
923     </section>
924
925     <section>
926       <title>Denial of Service / Cachebusting</title>
927
928       <p>The Vary mechanism allows multiple variants of the same URL to be
929       cached side by side. Depending on header values provided by the client,
930       the cache will select the correct variant to return to the client. This
931       mechanism can become a problem when an attempt is made to vary on a
932       header that is known to contain a wide range of possible values under
933       normal use, for example the <code>User-Agent</code> header. Depending
934       on the popularity of the particular web site thousands or millions of
935       duplicate cache entries could be created for the same URL, crowding
936       out other entries in the cache.</p>
937
938       <p>In other cases, there may be a need to change the URL of a particular
939       resource on every request, usually by adding a "cachebuster" string to
940       the URL. If this content is declared cacheable by a server for a
941       significant freshness lifetime, these entries can crowd out
942       legitimate entries in a cache. While <module>mod_cache</module>
943       provides a
944       <directive module="mod_cache">CacheIgnoreURLSessionIdentifiers</directive>
945       directive, this directive should be used with care to ensure that
946       downstream proxy or browser caches aren't subjected to the same denial
947       of service issue.</p>
948     </section>
949   </section>
950
951 </manualpage>