Isso realmente depende do conteúdo do site em questão e do esquema de cache que você está usando.
Eu olhei para este cenário anteriormente para um site de tráfego muito alto (1M + uniques diariamente) e acabamos usando Nginx e Apache, sem verniz. Isso se deve aos métodos de armazenamento em cache existentes e à quantidade de conteúdo dinâmico na página, portanto, poderíamos ter apenas imagens de cache do Varnish e arquivos estáticos, como css e js. Durante o teste, tornou-se uma questão de Nginx ou Varnish, pois, como você, queríamos manter o Apache na configuração. O benchmarking que fizemos mostrou que o Nginx era mais rápido do que o Varnish em alto volume, então foi assim que fomos.
Uma coisa que poderíamos ter feito, mas não seria, seria carregar seções de página dinâmicas em uma solicitação separada e inserir o conteúdo no navegador, o que nos permitiria usar o Varnish para armazenar mais objetos, enquanto passamos o elementos dinâmicos para o Apache e servindo conteúdo estático via Nginx em erros de cache.
No que diz respeito ao problema de registro, você provavelmente precisará escrever scripts que analisarão / unificarão seus logs e, em seguida, poderão executar seus scripts de estatísticas nos logs de mesclagem. Acredito que existem algumas boas ferramentas de mesclagem de log por aí, mas que podem "pensar em uma no momento".