ASP.NET Core技術研究-全面認識Web伺服器Kestrel

Eric zhou發表於2020-04-24
ASP.NETWeb伺服器

因為IIS不支援跨平臺的原因，我們在升級到ASP.NET Core後，會接觸到一個新的Web伺服器Kestrel。相信大家剛接觸這個Kestrel時，會有各種各樣的疑問。

今天我們全面認識一下ASP.NET Core的預設Web伺服器Kestrel。

一、初識Kestrel

首先，Kestrel是一個跨平臺的Web伺服器，支援執行在Windows、macOS、Linux等作業系統中。Kestrel支援一下使用場景：

  • HTTPS
  • Opaque upgrade used to enable WebSockets（啟用WebSocket情況下的不透明升級）
  • Unix sockets for high performance behind Nginx（Nginx高效能模式下的Unix套接字）
  • HTTP2（不支援macOS）
Kestrel支援執行在所有.NET 支援的平臺和版本之上。
 
二、Kestrel主要應用場景
   Kestrel主要有兩種使用模式：
   1. Kestrel直接作為Web伺服器，直接接收並處理各類Http請求：
   
   2. 與各類反向代理伺服器（例如Nginx、Apache、IIS）配合使用，反向代理伺服器接收Http請求，將這些請求轉發到Kestrel Web伺服器
       
   使用反向代理伺服器的好處有哪些呢？
  •    對外暴露有限的HTTP服務
  •    更加安全，反向代理伺服器做了一層過濾、防護和轉發
  •    通過反向代理伺服器實現負載均衡和動態請求分發路由
  •    減少域名使用，降低WAF防火牆防護成本
  •    安全通訊 (HTTPS) 配置，HTTPS轉HTTP，僅反向代理伺服器需要 X.509 證書，並且該伺服器可使用普通 HTTP 協議與內部網路的應用伺服器通訊。

 三、Kestrel支援特性之-HTTP/2

   Kestrel在以下作業系統和.NET Core版本下支援HTTP/2

   作業系統：

  • 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 的未來版本將支援 HTTP/2

    macOS 的未來版本將支援 †HTTP/2。 ‡Kestrel 在 Windows Server 2012 R2 和 Windows 8.1 上對 HTTP/2 的支援有限。

    目標框架：.NET Core 2.2 或更高版本

    關於HTTP/2 可以參考一下超連結：https://http2.github.io/ 

    關於HTTP/2和HTTP/1.1的全方位對比，可以參考這個超連結：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內建了package：Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel ，即原生對Kestrel的支援：

  大家可以找到ASP.NET Core 3.1的本地目錄：C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.AspNetCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1 中找到Kestrel相關的dll：

  

     當我們新建一個ASP.NET Core Project，在Program.cs類中有以下程式碼，

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>();
                });
}　　

     我們通過檢視ConfigureWebDefaults的實現原始碼可以發現，在其內部呼叫了UseKestrel()方法，即ASP.NET Core預設使用Kestrel Web伺服器！

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();
       }

　　以上詳細的程式碼可以參考，上一篇博文：.NET Core技術研究-主機Host

五、Kestrel的配置選項

  我們可以使用 webBuilder.ConfigureKestrel設定Kestrel的一些選項：

  

   接下來，我們看一下Kestrel Web伺服器提供了哪些選項設定：

  1. KeepAliveTimeout：保持活動會話超時時間

   預設2分鐘，可以用以下程式碼進行設定：

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

  2. 客戶端最大連線數： MaxConcurrentConnections、 MaxConcurrentUpgradedConnections

  預設情況下，最大連線數不受限制；

  可以通過 MaxConcurrentConnections，設定整個應用設定併發開啟的最大 TCP 連線數。

  對於已從 HTTP 或 HTTPS 升級到另一個協議（例如，Websocket 請求）的連線，有一個單獨的限制MaxConcurrentUpgradedConnections。 連線升級後，不會計入 MaxConcurrentConnections 限制。

  可以用以下程式碼進行設定：

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

  3. 請求正文最大大小： MaxRequestBodySize

  預設的請求正文最大大小為 30,000,000 位元組，大約 28.6 MB

serverOptions.Limits.MaxRequestBodySize = 10 * 1024;

  在 ASP.NET Core MVC 應用中替代限制的推薦方法是在操作方法上使用 RequestSizeLimitAttribute 屬性：

[RequestSizeLimit(100000000)]
public IActionResult MyActionMethod()　　

   4. 請求正文最小資料速率 MinRequestBodyDataRate MinResponseDataRate

   Kestrel 每秒檢查一次資料是否以指定的速率（位元組/秒）傳入。 如果速率低於最小值，則連線超時。

   寬限期是 Kestrel 提供給客戶端用於將其傳送速率提升到最小值的時間量；在此期間不會檢查速率。 寬限期可以儘可能地避免最初由於 TCP 慢啟動而以較慢速率傳送資料的連線中斷。

   預設的最小速率為 240 位元組/秒，包含 5 秒的寬限期。

   最小速率也適用於HttpResponse響應。 除了屬性和介面名稱中具有 RequestBody 或 Response 以外，用於設定請求限制和響應限制的程式碼相同。   

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

  5. 請求Header超時 RequestHeadersTimeout

  獲取或設定伺服器接收請求標頭所花費的最大時間量。 預設值為 30 秒。  

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

   6. 每個連線的最大的請求流的數量 MaxStreamsPerConnection

   Http2.MaxStreamsPerConnection 限制每個 HTTP/2 連線的併發請求流的數量。 拒絕過多的流。   

serverOptions.Limits.Http2.MaxStreamsPerConnection = 100;

　7. 標題表大小

   HPACK 解碼器解壓縮 HTTP/2 連線的 HTTP 標頭。 Http2.HeaderTableSize 限制 HPACK 解碼器使用的標頭壓縮表的大小。 該值以八位位元組提供，且必須大於零 (0)。　   

serverOptions.Limits.Http2.HeaderTableSize = 4096;

　8. 最大幀大小 Http2.MaxFrameSize

    Http2.MaxFrameSize 表示伺服器接收或傳送的 HTTP/2 連線幀有效負載的最大允許大小。 該值以八位位元組提供，必須介於 2^14 (16,384) 和 2^24-1 (16,777,215) 之間。  

serverOptions.Limits.Http2.MaxFrameSize = 16384;

　9. 最大請求頭大小 Http2.MaxRequestHeaderFieldSize

  Http2.MaxRequestHeaderFieldSize 表示請求標頭值的允許的最大大小（用八進位制表示）。 此限制適用於名稱和值的壓縮和未壓縮表示形式。 該值必須大於零 (0)。     

serverOptions.Limits.Http2.MaxRequestHeaderFieldSize = 8192;

　10. 初始連線視窗大小  Http2.InitialConnectionWindowSize 

    Http2.InitialConnectionWindowSize 表示伺服器一次性快取的最大請求主體資料大小（每次連線時在所有請求（流）中彙總，以位元組為單位）。 請求也受 Http2.InitialStreamWindowSize 限制。 該值必須大於或等於 65,535，並小於 2^31 (2,147,483,648)。   

    預設值為 128 KB (131,072)

serverOptions.Limits.Http2.InitialConnectionWindowSize = 131072;

　11. 初始流視窗大小 Http2.InitialStreamWindowSize

    Http2.InitialStreamWindowSize 表示伺服器針對每個請求（流）的一次性快取的最大請求主體資料大小（以位元組為單位）。 請求也受 Http2.InitialConnectionWindowSize 限制。 該值必須大於或等於 65,535，並小於 2^31 (2,147,483,648)。

    預設值為 96 KB (98,304)    

serverOptions.Limits.Http2.InitialStreamWindowSize = 98304;

　12. 同步IO  AllowSynchronousIO 

     AllowSynchronousIO 控制是否允許對請求和響應使用同步 IO。 預設值為 false。這個設定需要注意一下：

     大量的阻止同步 IO 操作可能會導致執行緒池資源不足，進而導致應用無響應。 僅在使用不支援非同步 IO 的庫時，才啟用 AllowSynchronousIO。     

serverOptions.AllowSynchronousIO = true;

　　

以上是ASP.NET Core Web伺服器Kestrel的一些研究和梳理，分享給大家。

 

周國慶

2020/4/24

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