Le module mod_cache interagit avec le serveur à deux niveaux possibles en fonction de la directive CacheQuickHandler :

Phase du gestionnaire rapide

Cette phase se déroule très tôt au cours du traitement de la requête, juste après l'interprétation de cette dernière. Si le contenu se trouve dans le cache, il est servi immédiatement et pratiquement tout le reste du traitement de la requête est court-circuité.

Dans ce scénario, le cache se comporte comme s'il avait été "boulonné" à l'entrée du serveur.

Ce mode possède les meilleures performances car la majorité des traitements au niveau du serveur sont court-circuités. Cependant, il court-circuite aussi les phases d'authentification et d'autorisation du traitement au niveau du serveur, et il doit donc être utilisé avec prudence lorsque que ces phases sont importantes.

Les requêtes contenant un en-tête "Authorization" header (par exemple dans le cas de l'authentification HTTP basique) ne peuvent ni être mises en cache, ni servies depuis le cache lorsque mod_cache s'exécute dans cette phase.

Phase du gestionnaire normal

Cette phase se déroule très tard au cours du traitement de la requête, en fait après toutes les phases de ce traitement.

Dans ce scénario, le cache se comporte comme s'il avait été "boulonné" à la sortie du serveur.

Ce mode offre la plus grande souplesse, car il permet de faire intervenir la mise en cache en un point précisément spécifié de la chaîne de filtrage, et le contenu issu du cache peut être filtré ou personnalisé avant d'être servi au client.

Si l'URL ne se trouve pas dans le cache, mod_cache ajoutera un filtre à la chaîne de filtrage afin d'enregistrer la réponse dans le cache, puis passera la main pour permettre le déroulement normal de la suite du traitement de la requête. Si la mise en cache du contenu est autorisée, il sera enregistré dans le cache pour pouvoir être servi à nouveau ; dans le cas contraire, le contenu sera ignoré.

Si le contenu trouvé dans le cache est périmé, le module mod_cache convertit la requête en requête conditionnelle. Si le serveur original renvoie une réponse normale, elle est enregistrée dans le cache en lieu et place du contenu périmé. Si le serveur original renvoie une réponse "304 Not Modified", le contenu repasse à l'état "frais" et est servi par le filtre au lieu d'être sauvegardé.

Lorsqu'un serveur virtuel est connu sous la forme d'un des nombreux alias du serveur, la définition de la directive UseCanonicalName à On peut augmenter de manière significative le nombre de correspondances positives dans le cache. Ceci est du au fait que la clé du cache contient le nom d'hôte du serveur virtuel. Avec UseCanonicalName positionnée à On, les hôtes virtuels possédant plusieurs noms de serveur ou alias ne généreront pas d'entités de cache différentes, et le contenu sera mis en cache en faisant référence au nom d'hôte canonique.

Un contenu bien formé destiné à être mis en cache doit déclarer explicitement une durée de fraîcheur via les champs max-age ou s-maxage de l'en-tête Cache-Control, ou en incluant un en-tête Expires.

De plus, un client peut passer outre la durée de fraîcheur définie pour le serveur original en ajoutant son propre en-tête Cache-Control à la requête. Dans ce cas, c'est la durée de fraîcheur la plus basse entre la requête et la réponse qui l'emporte.

Lorsque cette durée de fraîcheur est absente de la requête ou de la réponse, une durée de fraîcheur par défaut s'applique. La durée de fraîcheur par défaut des entrées du cache est d'une heure ; elle peut cependant être facilement modifiée à l'aide de la directive CacheDefaultExpire.

Si une réponse ne contient pas d'en-tête Expires mais inclut un en-tête Last-Modified, mod_cache peut déduire une durée de fraîcheur en se basant sur une heuristique, qui peut être contrôlée via la directive CacheLastModifiedFactor.

Pour les contenus locaux, ou les contenus distants qui ne spécifient pas leur propre en-tête Expires, mod_expires permet de régler finement la durée de fraîcheur via les paramètres max-age et Expires.

On peut aussi contrôler la durée de fraîcheur maximale en utilisant la directive CacheMaxExpire.

Lorsqu'un contenu du cache est périmé, httpd modifie la requête pour en faire une requête conditionnelle

Lorsque la réponse originale du cache contient un en-tête ETag, mod_cache ajoute un en-tête If-None-Match à la requête envoyée au serveur d'origine. Lorsque la réponse originale du cache contient un en-tête Last-Modified, mod_cache ajoute un en-tête If-Modified-Since à la requête envoyée au serveur d'origine. Dans ces deux cas, la requête devient une requête conditionnelle.

Lorsqu'un serveur d'origine reçoit une requête conditionnelle, il vérifie si le paramètre Etag ou Last-Modified a été modifié en fonction des paramètres de la requête. Si ce n'est pas le cas, il répondra avec le message lapidaire "304 Not Modified". Ceci informe le cache que le contenu est périmé mais encore à jour, et peut être utilisé tel quel pour les prochaines requêtes jusqu'à ce qu'il atteigne à nouveau sa date de péremption.

Si le contenu a été modifié, il est servi comme s'il s'agissait d'une requête normale et non conditionnelle.

Les requêtes conditionnelles offrent deux avantages. D'une part, il est facile de déterminer si le contenu du serveur d'origine correspond à celui situé dans le cache, et ainsi d'économiser la consommation de ressources nécessaire au transfert du contenu dans son ensemble.

D'autre part, un serveur d'origine bien conçu sera configuré de telle manière que les requêtes conditionnelles nécessitent pour leur production bien moins de ressources qu'une réponse complète. Dans le cas des fichiers statiques, il suffit en général d'un appel système de type stat() ou similaire pour déterminer si la taille ou la date de modification du fichier a été modifiée. Ainsi, même un contenu local pourra être servi plus rapidement depuis le cache s'il n'a pas été modifié.

Il serait souhaitable que tous les serveurs d'origine supportent les requêtes conditionnelles, car dans le cas contraire, ils répondent comme s'il s'agissait d'une requête normale, et le cache répond comme si le contenu avait été modifié et enregistre ce dernier. Le cache se comporte alors comme un simple cache à deux état, où le contenu est servi s'il est à jour, ou supprimé dans le cas contraire.

La liste complète des conditions nécessaires pour qu'une réponse puisse être enregistrée dans un cache HTTP est fournie dans la section 13.4 Response Cacheability de la RFC2616, et peut se résumer ainsi :

1. La mise en cache doit être activée pour cette URL. Voir les directives CacheEnable et CacheDisable.
2. La reponse doit avoir un code de statut HTTP de 200, 203, 300, 301 ou 410.
3. La requête doit être de type HTTP GET.
4. Si la réponse contient un en-tête "Authorization:", elle doit aussi contenir une option "s-maxage", "must-revalidate" ou "public" dans l'en-tête "Cache-Control:".
5. Si l'URL contient une chaîne de requête (provenant par exemple d'une méthode GET de formulaire HTML), elle ne sera pas mise en cache, à moins que la réponse ne spécifie explicitement un délai d'expiration via un en-tête "Expires:" ou une directive max-age ou s-maxage de l'en-tête "Cache-Control:" comme indiqué dans les sections 13.2.1. et 13.9 de la RFC2616.
6. Si la réponse a un statut de 200 (OK), elle doit aussi contenir au moins un des en-têtes "Etag", "Last-Modified" ou "Expires", ou une directive max-age ou s-maxage de l'en-tête "Cache-Control:", à moins que la directive CacheIgnoreNoLastMod ne précise d'autres contraintes.
7. Si la réponse contient l'option "private" dans un en-tête "Cache-Control:", elle ne sera pas mise en cache à moins que la directive CacheStorePrivate ne précise d'autres contraintes.
8. De même, si la réponse contient l'option "no-store" dans un en-tête "Cache-Control:", elle ne sera pas mise en cache à moins que la directive CacheStoreNoStore n'ait été utilisée.
9. Une réponse ne sera pas mise en cache si elle comporte un en-tête "Vary:" contenant le caractère "*" qui correspond à toute chaîne de caractères.

Le client qui crée la requête ou le serveur d'origine qui génère la réponse doit être à même de déterminer si le contenu doit pouvoir être mis en cache ou non en définissant correctement l'en-tête Cache-Control, et mod_cache sera alors en mesure de satisfaire les souhaits du client ou du serveur de manière appropriée.

Les contenus qui varient au cours du temps, ou en fonction de particularités de la requête non prises en compte par la négociation HTTP ne doivent pas être mis en cache. Ce type de contenu doit se déclarer lui-même "à ne pas mettre en cache" via l'en-tête Cache-Control.

Si le contenu change souvent, suite par exemple à une durée de fraîcheur de l'ordre de la minute ou de la seconde, il peut tout de même être mis en cache, mais il est alors fortement souhaitable que le serveur d'origine supporte correctement les requêtes conditionnelles afin que des réponses complètes ne soient pas systématiquement générées.

Un contenu qui varie en fonction d'en-têtes de requête fournis par le client peut être mis en cache, sous réserve d'une utilisation appropriée de l'en-tête de réponse Vary.

Lorsque le serveur d'origine est configuré pour servir des contenus différents en fonction de la valeur de certains en-têtes de la requête, par exemple pour servir une ressource en plusieurs langages à partir d'une seule URL, le mécanisme de mise en cache d'HTTP permet de mettre en cache plusieurs variantes de la même page à partir d'une seule URL.

Pour y parvenir, le serveur d'origine ajoute un en-tête Vary pour indiquer quels en-têtes doivent être pris en compte par un cache pour déterminer si deux variantes sont différentes l'une de l'autre.

Si par exemple, une réponse est reçue avec l'en-tête Vary suivant,

mod_cache ne servira aux demandeurs que le contenu mis en cache qui correspond au contenu des en-têtes accept-language et accept-charset de la requête originale.

Plusieurs variantes d'un contenu peuvent être mises en cache simultanément ; mod_cache utilise l'en-tête Vary et les valeurs correspondantes des en-têtes de la requête spécifiés dans ce dernier pour déterminer quelle variante doit être servie au client.

Le module mod_cache s'appuie sur des implémentations de stockage en arrière-plan spécifiques pour gérer le cache ; à ce titre, mod_cache_disk fournit le support de la mise en cache sur disque.

En général, le module se configure comme suit :

Il est important de savoir que, les fichiers mis en cache étant stockés localement, la mise en cache par l'intermédiaire du système d'exploitation sera en général aussi appliquée à leurs accès. Si bien que même si les fichiers sont stockés sur disque, s'il font l'objet d'accès fréquents, il est probable que le système d'exploitation s'appliquera à ce qu'ils soient servis à partir de la mémoire.

Pour stocker des entités dans le cache, le module mod_cache_disk crée une empreinte (hash) de 22 caractères de l'URL qui a fait l'objet d'une requête. Cette empreinte comprend le nom d'hôte, le protocole, le port, le chemin et tout argument de type CGI associé à l'URL, ainsi que les éléments spécifiés dans l'en-tête Vary afin d'être sur que plusieurs URLs n'interfèrent pas entre elles.

Chaque position de l'empreinte peut contenir un caractère choisi parmi 64 caractères différents, il y a donc 64^22 possibilités pour une empreinte. Par exemple, une URL peut posséder l'empreinte xyTGxSMO2b68mBCykqkp1w. Cette empreinte est utilisée pour préfixer les noms de fichiers spécifiques à cette URL à l'intérieur du cache; cependant, elle est tout d'abord placée dans les répertoires du cache selon les directives CacheDirLevels et CacheDirLength.

La directive CacheDirLevels définit le nombre de niveaux de sous-répertoires, et CacheDirLength le nombre de caractères composant le nom des sous-répertoires. Dans l'exemple donné plus haut, l'empreinte se trouvera à : /var/cache/apache/x/y/TGxSMO2b68mBCykqkp1w.

Cette technique a pour but principal de réduire le nombre de sous-répertoires ou de fichiers contenus dans un répertoire particulier, car le fonctionnement de la plupart des systèmes de fichiers est ralenti quand ce nombre augmente. Avec la valeur "1" pour la directive CacheDirLength, il peut y avoir au plus 64 sous-répertoires à un niveau quelconque. Avec la valeur "2", il peut y en avoir 64 * 64, etc... A moins d'avoir une bonne raison pour ne pas le faire, l'utilisation de la valeur "1" pour la directive CacheDirLength est recommandée.

Le paramétrage de la directive CacheDirLevels dépend du nombre de fichiers que vous pensez stocker dans le cache. Avec une valeur de "2" comme dans l'exemple donné plus haut, 4096 sous-répertoires peuvent être créés au total. Avec 1 million de fichiers dans le cache, cela équivaut à environ 245 URLs mises en cache dans chaque répertoire.

Chaque URL nécessite au moins deux fichiers dans le cache. Ce sont en général un fichier ".header", qui contient des meta-informations à propos de l'URL, comme la date de son arrivée à expiration, et un fichier ".data" qui est la copie exacte du contenu à servir.

Dans le cas d'un contenu négocié via l'en-tête "Vary", un répertoire ".vary" sera créé pour l'URL en question. Ce répertoire contiendra de multiples fichiers ".data" correspondant aux différents contenus négociés.

Le module mod_cache_disk n'effectue aucune régulation de l'espace disque utilisé par le cache, mais s'il s'arrête en douceur en cas d'erreur disque et se comporte alors comme si le cache n'avait jamais existé.

Par contre l'utilitaire htcacheclean fourni avec httpd vous permet de nettoyer le cache périodiquement. Déterminer la fréquence à laquelle lancer htcacheclean et la taille souhaitée pour le cache est une tâche relativement complexe et il vous faudra de nombreux essais et erreurs pour arriver à sélectionner des valeurs optimales.

htcacheclean opère selon deux modes. Il peut s'exécuter comme démon résident, ou être lancé périodiquement par cron. htcacheclean peut mettre une heure ou plus pour traiter de très grands caches (plusieurs dizaines de Gigaoctets) et si vous l'exécutez à partir de cron, il vous est conseillé de déterminer la durée typique d'un traitement, afin d'éviter d'exécuter plusieurs instances à la fois.

Il est aussi conseillé d'attribuer un niveau de priorité "nice" approprié à htcacheclean de façon à ce qu'il n'effectue pas trop d'accès disque pendant le fonctionnement du serveur.

Figure 1: Croissance typique du cache / séquence de nettoyage.

Comme mod_cache_disk ne tient pas compte de l'espace utilisé dans le cache, vous devez vous assurer que htcacheclean est configuré de façon à laisser suffisamment d'"espace de croissance" à la suite d'un nettoyage.

Le module mod_authn_socache permet la mise en cache des données issues d'une authentification, diminuant ainsi la charge des serveurs d'authentification en arrière-plan.

Le module mod_ssl utilise l'interface socache pour fournir un cache de session et un cache de base.

Le processus d'ouverture d'un fichier peut être en soi une source de ralentissement, en particulier sur les systèmes de fichiers sur le réseau. httpd permet d'éviter ce ralentissement en maintenant un cache des descripteurs de fichiers ouverts pour les fichiers souvent servis. Actuellement, httpd fournit une seule implémentation de mise en cache des descripteurs de fichiers.

Servir un contenu directement depuis la mémoire système est universellement reconnu comme la méthode la plus rapide. Lire des fichiers depuis un contrôleur de disque ou pire, depuis un réseau distant est plus lent de plusieurs ordres de grandeur. Les contrôleurs de disque réalisent en général des opérations mécaniques, et l'accès au réseau est limité par la bande passante dont vous disposez. Par contre, les temps d'accès à la mémoire sont de l'ordre de la nano-seconde.

Cependant la mémoire système n'est pas bon marché; à capacité égale, c'est de loin le type de stockage le plus coûteux et il est important de s'assurer qu'elle est utilisée efficacement. Le fait de mettre en cache des fichiers en mémoire diminue d'autant la quantité de mémoire système disponible. Comme nous le verrons plus loin, ce n'est pas un problème en soi dans le cas de la mise en cache par l'intermédiaire du système d'exploitation, mais si l'on utilise la mise en cache en mémoire propre à httpd, il faut prendre garde à ne pas allouer trop de mémoire au cache. Sinon le système sera contraint d'utiliser le swap, ce qui dégradera sensiblement les performances.

colm@coroebus:~$ time cat testfile > /dev/null
real    0m0.065s
user    0m0.000s
sys     0m0.001s
colm@coroebus:~$ time cat testfile > /dev/null
real    0m0.003s
user    0m0.003s
sys     0m0.000s

En dépit des performances et des avantages de la mise en cache automatique par le système d'exploitation, la mise en cache en mémoire peut être effectuée plus efficacement par httpd dans certaines circonstances.

Utiliser mod_cache revient sensiblement à la même chose qu'avoir un mandataire inverse intégré (reverse-proxy). Les requêtes seront servies par le module de mise en cache sauf si ce dernier détermine qu'un processus d'arrière-plan doit être appelé. La mise en cache de ressources locales modifie considérablement le modèle de sécurité de httpd.

Comme le parcours de la hiérarchie d'un système de fichiers pour examiner le contenu d'éventuels fichiers .htaccess serait une opération très coûteuse en ressources, annulant partiellement de ce fait l'intérêt de la mise en cache (accélérer le traitement des requêtes), mod_cache ne se préoccupe pas de savoir s'il a l'autorisation de servir une entité mise en cache. En d'autres termes, si mod_cache a mis en cache un certain contenu, ce dernier sera servi à partir du cache tant qu'il ne sera pas arrivé à expiration.

Si par exemple, votre configuration autorise l'accès à une ressource en fonction de l'adresse IP, vous devez vous assurer que ce contenu n'est pas mis en cache. Ceci est possible en utilisant la directive CacheDisable, ou le module mod_expires. Livré à lui-même, mod_cache - pratiquement comme un mandataire inverse - mettrait en cache le contenu lors de son service, et le servirait ensuite à tout client, vers n'importe quelle adresse IP.

Lorsque la directive CacheQuickHandler est définie à Off, toutes les phases du traitement de la requête sont exécutées et le modèle de sécurité reste le même.

Etant donné que les requêtes des utilisateurs finaux peuvent être servies depuis le cache, ce dernier est une cible potentielle pour ceux qui veulent défigurer un contenu ou interférer avec lui. Il est important de garder à l'esprit que l'utilisateur sous lequel tourne httpd doit toujours avoir l'accès en écriture dans le cache. Ceci est en contraste total avec la recommandation usuelle d'interdire à l'utilisateur sous lequel tourne Apache l'accès en écriture à tout contenu.

Si l'utilisateur sous lequel tourne Apache est compromis, par exemple à cause d'une faille de sécurité dans un processus CGI, il est possible que le cache fasse l'objet d'une attaque. Il est relativement aisé d'insérer ou de modifier une entité dans le cache en utilisant le module mod_cache_disk.

Cela représente un risque relativement élévé par rapport aux autres types d'attaques qu'il est possible de mener sous l'utilisateur apache. Si vous utilisez mod_cache_disk, vous devez garder ceci à l'esprit : effectuez toujours les mises à jour de httpdquand des correctifs de sécurité sont annoncés et exécutez les processus CGI sous un utilisateur autre qu'apache en utilisant suEXEC dans la mesure du possible.

Si vous utilisez httpd comme serveur mandataire avec mise en cache, vous vous exposez aussi à un éventuel "Empoisonnement du cache" (Cache poisoning). L'empoisonnement du cache est un terme général pour désigner les attaques au cours desquelles l'attaquant fait en sorte que le serveur mandataire renvoie à un contenu incorrect (et souvent indésirable) suite à en provenance du serveur d'arrière-plan.

Par exemple, si les serveur DNS qu'utilise votre système où tourne httpd sont vulnérables à l'empoisonnement du cache des DNS, un attaquant pourra contrôler vers où httpd se connecte lorsqu'il demande un contenu depuis le serveur d'origine. Un autre exemple est constitué par les attaques ainsi nommées "Dissimulation de requêtes HTTP" (HTTP request-smuggling).

Ce document n'est pas le bon endroit pour une discussion approfondie à propos de la Dissimulation de requêtes HTTP (utilisez plutôt votre moteur de recherche favori); il est cependant important de savoir qu'il est possible d'élaborer une série de requêtes, et d'exploiter une vulnérabilité d'un serveur web d'origine de telle façon que l'attaquant puisse contrôler entièrement le contenu renvoyé par le mandataire.

Le mécanisme utilisé via l'en-tête Vary permet de mettre en cache simultanément plusieurs variantes d'une ressource avec la même URL. Le cache sélectionne la variante correcte à envoyer au client en fonction des valeurs d'en-tête fournies par ce dernier. Ce mécanisme peut devenir un problème lorsqu'on tente d'appliquer le mécanisme des variantes à un en-tête connu pour pouvoir posséder un grand nombre de valeurs possibles en utilisation normal, comme par exemple l'en-tête User-Agent. En fonction de la popularité du site web, des milliers ou même des millions d'entrées de cache dupliquées peuvent être créées pour la même URL, submergeant les autres entrées du cache.

Dans d'autres cas, il peut être nécessaire de modifier l'URL d'une ressource particulière à chaque requête, en général en lui ajoutant une chaîne "cachebuster". Si ce contenu est déclaré comme pouvant être mis en cache par un serveur avec une durée de fraîcheur significative, ces entrées peuvent submerger les entrées légitimes du cache. Alors que mod_cache fournit une directive CacheIgnoreURLSessionIdentifiers, cette dernière doit être utilisée avec prudence pour s'assurer que les caches du navigateur ou du mandataire le plus proche (downstream proxy) ne sont pas victimes du même problème de Déni de service.