Eu também pensei em registrar estatísticas no mongoDB, já que ele tem um "fogo e esquece" como modo de escrita padrão e não bloquearia solicitações, mas nunca iria adiante com isso.
Eu vejo 3 soluções possíveis:
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Não há nenhum mmodoDB vmod disponível ainda ( link ) e isso pode ser um kickstart para um.
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Use o mongoDB C lib ( link ) e escreva um C inline dentro seu VCL usando as funções de tempo de execução (VRT_GetHdr e etc).
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Se você economizar algumas estatísticas como visitas a páginas e códigos de erro, poderá analisar o log de varnishncsa com um script python e armazenar informações no mongoDB para uso posterior (mapear e reduzir). Mas isso é restrito ao formato de log comum do Apache (não há muita informação lá).