ASP.NET Core技术研究-全面认识Web服务器Kestrel

因为IIS不支持跨平台的原因，我们在升级到ASP.NET Core后，会接触到一个新的Web服务器Kestrel。相信大家刚接触这个Kestrel时，会有各种各样的疑问。

今天我们全面认识一下ASP.NET Core的默认Web服务器Kestrel。

一、初识Kestrel

首先，Kestrel是一个跨平台的Web服务器，支持运行在Windows、macOS、Linux等操作系统中。Kestrel支持一下使用场景：

• HTTPS
• Opaque upgrade used to enable WebSockets（启用WebSocket情况下的不透明升级）
• Unix sockets for high performance behind Nginx（Nginx高性能模式下的Unix套接字）
• HTTP2（不支持macOS）

Kestrel支持运行在所有.NET 支持的平台和版本之上。

 

二、Kestrel主要应用场景

   Kestrel主要有两种使用模式：

   1. Kestrel直接作为Web服务器，直接接收并处理各类Http请求：

   

   2. 与各类反向代理服务器（例如Nginx、Apache、IIS）配合使用，反向代理服务器接收Http请求，将这些请求转发到Kestrel Web服务器

       

   使用反向代理服务器的好处有哪些呢？

•    对外暴露有限的HTTP服务
•    更加安全，反向代理服务器做了一层过滤、防护和转发
•    通过反向代理服务器实现负载均衡和动态请求分发路由
•    减少域名使用，降低WAF防火墙防护成本
•    安全通信 (HTTPS) 配置，HTTPS转HTTP，仅反向代理服务器需要 X.509 证书，并且该服务器可使用普通 HTTP 协议与内部网络的应用服务器通信。

 三、Kestrel支持特性之-HTTP/2

   Kestrel在以下操作系统和.NET Core版本下支持HTTP/2

   操作系统：

• Windows Server 2016/Windows 10 或更高版本
• 具有 OpenSSL 1.0.2 或更高版本的 Linux（例如，Ubuntu 16.04 或更高版本）
• macOS 的未来版本将支持 HTTP/2

    macOS 的未来版本将支持 †HTTP/2。 ‡Kestrel 在 Windows Server 2012 R2 和 Windows 8.1 上对 HTTP/2 的支持有限。

    目标框架：.NET Core 2.2 或更高版本

    关于HTTP/2 可以参考一下超链接：https://http2.github.io/ 

    关于HTTP/2和HTTP/1.1的全方位对比，可以参考这个超链接：https://cheapsslsecurity.com/p/http2-vs-http1/

 四、在ASP.NET Core中使用Kestrel

  在ASP.NET Core的框架Microsoft.AspNetCore.App内置了package：Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel ，即原生对Kestrel的支持：

  大家可以找到ASP.NET Core 3.1的本地目录：C:Program FilesdotnetpacksMicrosoft.AspNetCore.App.Ref3.1.0 ef etcoreapp3.1 中找到Kestrel相关的dll：

  

     当我们新建一个ASP.NET Core Project，在Program.cs类中有以下代码，

public class Program
{
        public static void Main(string[] args)
        {
            CreateHostBuilder(args).Build().Run();
        }

        public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
            Host.CreateDefaultBuilder(args)
                .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
                {
                    webBuilder.UseStartup<Startup>();
                });
}　　

     我们通过查看ConfigureWebDefaults的实现源码可以发现，在其内部调用了UseKestrel()方法，即ASP.NET Core默认使用Kestrel Web服务器！

internal static void ConfigureWebDefaults(IWebHostBuilder builder)
       {
           builder.ConfigureAppConfiguration((ctx, cb) =>
           {
               if (ctx.HostingEnvironment.IsDevelopment())
               {
                   StaticWebAssetsLoader.UseStaticWebAssets(ctx.HostingEnvironment, ctx.Configuration);
               }
           });
           builder.UseKestrel((builderContext, options) =>
           {
               options.Configure(builderContext.Configuration.GetSection("Kestrel"));
           })
           .ConfigureServices((hostingContext, services) =>
           {
               // Fallback
               services.PostConfigure<HostFilteringOptions>(options =>
               {
                   if (options.AllowedHosts == null || options.AllowedHosts.Count == 0)
                   {
                       // "AllowedHosts": "localhost;127.0.0.1;[::1]"
                       var hosts = hostingContext.Configuration["AllowedHosts"]?.Split(new[] { ';' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
                       // Fall back to "*" to disable.
                       options.AllowedHosts = (hosts?.Length > 0 ? hosts : new[] { "*" });
                   }
               });
               // Change notification
               services.AddSingleton<IOptionsChangeTokenSource<HostFilteringOptions>>(
                           new ConfigurationChangeTokenSource<HostFilteringOptions>(hostingContext.Configuration));
  
               services.AddTransient<IStartupFilter, HostFilteringStartupFilter>();
  
               if (string.Equals("true", hostingContext.Configuration["ForwardedHeaders_Enabled"], StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
               {
                   services.Configure<ForwardedHeadersOptions>(options =>
                   {
                       options.ForwardedHeaders = ForwardedHeaders.XForwardedFor | ForwardedHeaders.XForwardedProto;
                       // Only loopback proxies are allowed by default. Clear that restriction because forwarders are
                       // being enabled by explicit configuration.
                       options.KnownNetworks.Clear();
                       options.KnownProxies.Clear();
                   });
  
                   services.AddTransient<IStartupFilter, ForwardedHeadersStartupFilter>();
               }
  
               services.AddRouting();
           })
           .UseIIS()
           .UseIISIntegration();
       }

　　以上详细的代码可以参考，上一篇博文：.NET Core技术研究-主机Host

五、Kestrel的配置选项

  我们可以使用 webBuilder.ConfigureKestrel设置Kestrel的一些选项：

  

   接下来，我们看一下Kestrel Web服务器提供了哪些选项设置：

  1. KeepAliveTimeout：保持活动会话超时时间

   默认2分钟，可以用以下代码进行设置：

serverOptions.Limits.KeepAliveTimeout = TimeSpan.FromMinutes(2);

  2. 客户端最大连接数： MaxConcurrentConnections、 MaxConcurrentUpgradedConnections

  默认情况下，最大连接数不受限制；

  可以通过 MaxConcurrentConnections，设置整个应用设置并发打开的最大 TCP 连接数。

  对于已从 HTTP 或 HTTPS 升级到另一个协议（例如，Websocket 请求）的连接，有一个单独的限制MaxConcurrentUpgradedConnections。 连接升级后，不会计入 MaxConcurrentConnections 限制。

  可以用以下代码进行设置：

serverOptions.Limits.MaxConcurrentConnections = 100;
serverOptions.Limits.MaxConcurrentUpgradedConnections = 100;

  3. 请求正文最大大小： MaxRequestBodySize

  默认的请求正文最大大小为 30,000,000 字节，大约 28.6 MB

serverOptions.Limits.MaxRequestBodySize = 10 * 1024;

  在 ASP.NET Core MVC 应用中替代限制的推荐方法是在操作方法上使用 RequestSizeLimitAttribute 属性：

[RequestSizeLimit(100000000)]
public IActionResult MyActionMethod()　　

   4. 请求正文最小数据速率 MinRequestBodyDataRate MinResponseDataRate

   Kestrel 每秒检查一次数据是否以指定的速率（字节/秒）传入。 如果速率低于最小值，则连接超时。

   宽限期是 Kestrel 提供给客户端用于将其发送速率提升到最小值的时间量；在此期间不会检查速率。 宽限期可以尽可能地避免最初由于 TCP 慢启动而以较慢速率发送数据的连接中断。

   默认的最小速率为 240 字节/秒，包含 5 秒的宽限期。

   最小速率也适用于HttpResponse响应。 除了属性和接口名称中具有 RequestBody 或 Response 以外，用于设置请求限制和响应限制的代码相同。   

serverOptions.Limits.MinRequestBodyDataRate = new MinDataRate(bytesPerSecond: 100, gracePeriod: TimeSpan.FromSeconds(10));
serverOptions.Limits.MinResponseDataRate = new MinDataRate(bytesPerSecond: 100, gracePeriod: TimeSpan.FromSeconds(10));

  5. 请求Header超时 RequestHeadersTimeout

  获取或设置服务器接收请求标头所花费的最大时间量。 默认值为 30 秒。  

serverOptions.Limits.RequestHeadersTimeout = TimeSpan.FromMinutes(1);

   6. 每个连接的最大的请求流的数量 MaxStreamsPerConnection

   Http2.MaxStreamsPerConnection 限制每个 HTTP/2 连接的并发请求流的数量。 拒绝过多的流。   

serverOptions.Limits.Http2.MaxStreamsPerConnection = 100;

　7. 标题表大小

   HPACK 解码器解压缩 HTTP/2 连接的 HTTP 标头。 Http2.HeaderTableSize 限制 HPACK 解码器使用的标头压缩表的大小。 该值以八位字节提供，且必须大于零 (0)。　   

serverOptions.Limits.Http2.HeaderTableSize = 4096;

　8. 最大帧大小 Http2.MaxFrameSize

    Http2.MaxFrameSize 表示服务器接收或发送的 HTTP/2 连接帧有效负载的最大允许大小。 该值以八位字节提供，必须介于 2^14 (16,384) 和 2^24-1 (16,777,215) 之间。  

serverOptions.Limits.Http2.MaxFrameSize = 16384;

　9. 最大请求头大小 Http2.MaxRequestHeaderFieldSize

  Http2.MaxRequestHeaderFieldSize 表示请求标头值的允许的最大大小（用八进制表示）。 此限制适用于名称和值的压缩和未压缩表示形式。 该值必须大于零 (0)。     

serverOptions.Limits.Http2.MaxRequestHeaderFieldSize = 8192;

　10. 初始连接窗口大小  Http2.InitialConnectionWindowSize 

    Http2.InitialConnectionWindowSize 表示服务器一次性缓存的最大请求主体数据大小（每次连接时在所有请求（流）中汇总，以字节为单位）。 请求也受 Http2.InitialStreamWindowSize 限制。 该值必须大于或等于 65,535，并小于 2^31 (2,147,483,648)。   

    默认值为 128 KB (131,072)

serverOptions.Limits.Http2.InitialConnectionWindowSize = 131072;

　11. 初始流窗口大小 Http2.InitialStreamWindowSize

    Http2.InitialStreamWindowSize 表示服务器针对每个请求（流）的一次性缓存的最大请求主体数据大小（以字节为单位）。 请求也受 Http2.InitialConnectionWindowSize 限制。 该值必须大于或等于 65,535，并小于 2^31 (2,147,483,648)。

    默认值为 96 KB (98,304)    

serverOptions.Limits.Http2.InitialStreamWindowSize = 98304;

　12. 同步IO  AllowSynchronousIO 

     AllowSynchronousIO 控制是否允许对请求和响应使用同步 IO。 默认值为 false。这个设置需要注意一下：

     大量的阻止同步 IO 操作可能会导致线程池资源不足，进而导致应用无响应。 仅在使用不支持异步 IO 的库时，才启用 AllowSynchronousIO。     

serverOptions.AllowSynchronousIO = true;

　　

以上是ASP.NET Core Web服务器Kestrel的一些研究和梳理，分享给大家。

周国庆

2020/4/24