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