ASP.NET Core Web服务器 Kestrel和Http.sys 特性详解

短命女 2023-06-01 05:38 145阅读 0赞

*  [ASP.NET Core Web服务器 Kestrel和Http.sys 特性详解][ASP.NET Core Web_ Kestrel_Http.sys]
    
     *  [1.1. 名词解释][1.1.]
     *  [1.2. Kestrel基本工作原理][1.2. Kestrel]
        
         *  [1.2.1. Kestrel的基本架构][1.2.1. Kestrel]
         *  [1.2.2. Kestrel的工作原理][1.2.2. Kestrel]
            
             *  [1.2.2.1. 处理Request和Response][1.2.2.1. _Request_Response]
             *  [1.2.2.2. 内存池读写][1.2.2.2.]
             *  [1.2.2.3. Libuv线程和托管线程通信][1.2.2.3. Libuv]
     *  [1.3. Http.sys基本工作原理][1.3. Http.sys]
        
         *  [1.3.1. Http.sys基本构成][1.3.1. Http.sys]
         *  [1.3.2. Http.sys工作原理][1.3.2. Http.sys]
         *  [1.3.3. 总结][1.3.3.]

## 1.1. 名词解释 ##

**内核态:** CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。

**用户态:** 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取。

## 1.2. Kestrel基本工作原理 ##

Kestrel是进程内服务器，以一个包形式提供，自身不能单独运行，必须HOST在一个.NET的WEB应用程序中。它内部封装了对libuv的调用，但不是libuv库简单的封装库。Kestrel是个精简的，高效的Http Server。

### 1.2.1. Kestrel的基本架构 ###

Kestrel遵循以下架构原则：

*  libuv中使用单线程的事件循环模型。
 *  Kestrel支持多事件循环以支持更多的I/O。
 *  Kestrel仅在libuv的事件循环中做I/O工作。
 *  所有非I/O工作，包括HTTP解析，请求帧处理等等都在标准的托管线程中进行。
 *  更少的系统调用。

对应的架构图如下：

![2017-09-13-23-07-16][]

*  Libuv
    
    作为I/O底层，屏蔽各系统底层实现差异，为windows下，通过IOCP实现异步；linux下通过epoll实现异步。提供一个主程序和主循环。
 *  I/O事件队列
    
    对应Libuv的工作队列，为了利用现代服务器的多核处理器，适当的队列数量将提高更大的I/O吞吐能力。Kestrel默认为每两个CPU核心设置一个I/O事件队列，但至少有一个I/O事件队列。每个队列对应一个托管线程，该线程不属于线程池。用户可以设置队列个数，通过设置KestrelServerOptions.ThreadCount即可，最多设置16个。
 *  Kestrel线程
    
    事件队列对应的托管线程，主要控制读取事件的循环机制：每次事件循环处理8个事件，然后等待下一次循环。
 *  非托管内存池
    
    这是在.net运行环境分配的非托管内存池，申请的比较大块的堆内存，仅在首次请求或者池剩余空间不足时分配，后续请求可以复用，不受GC管理。内存被分为n片，每片大小是128K，每页大小4k,管理内存页的数据结构采用链表方式。以获取大块连续空间的方式增长。遵循读完后立即释放的处理原则。
 *  TCP监听器
    
    这个监听器不同于套接字的监听器，而是Libuv的Socket类型的连接事件监听器。监听TCP连接事件,对每一个TCP请求产生一个连接对象。连接对象包括暂停，继续，终止。
 *  连接管理
    
    负责异步结束连接对象。
 *  HTTP协议模块
    
    该模块包括HTTP帧的创建工厂，工厂在监听器监听到一个连接时产生一个HTTP帧。一个HTTP帧处理一次HTTP请求和返回。

更为详细的结构视图如下：

![2017-09-13-23-23-55][]

### 1.2.2. Kestrel的工作原理 ###

#### 1.2.2.1. 处理Request和Response ####

![2017-09-14-21-21-30][]

按照请求流转方向会有以下处理过程：

**1. 请求进入libuv**

将请求事件放入事件队列，随后的事件循环中，监听器回调函数执行。

**2. 监听器创建连接**

根据请求信息创建一个连接对象，此时Http帧工厂被调用，产生一个Http帧对象；用于读取Request的SocketInput、用于返回Response的SocketOutput对象被创建，二者会被Http帧使用。

**3. 连接管理监控连接**

连接管理器跟踪连接的状态，收集待关闭连接，然后异步关闭。

**4. Http帧处理**

一个Http负责构建Http上下文的Request对象和Response对象。读取Request数据和返回Response数据都要经过内存池。高效的内存读写和与和Libuv的读写事件协调，确保Request数据到达就能读到内存池，到达内存池就能及时被读；Response数据写入内存池就能被套接字及时发出去，体现了Kestreld强大的异步处理能力。

#### 1.2.2.2. 内存池读写 ####

读取内存池数据时可读取后续到达的数据，不需要重新等待事件，此时对应读取Request数据情形：

![2017-09-14-23-42-10][]

写数据到内存池时，libuv连续读出并发送数据，也不需要重新等待时间，此时对应发送Response数据情形：

![2017-09-14-23-42-58][]

#### 1.2.2.3. Libuv线程和托管线程通信 ####

二者的通信机制保证Libuv线程永远不会被阻塞：比如libuv线程在通知事件时会很小心尝试获取队线程私有锁，如果成功获取就这在事件队列线程上异步处理，否则这一通信过程在线程池里重复执行直到成功，如图：

![2017-09-14-23-28-33][]

## 1.3. Http.sys基本工作原理 ##

### 1.3.1. Http.sys基本构成 ###

![2017-09-10-12-25-14][]

**1. 监听器**

监听TCP请求，允许端口共享。TCP携带的HTTP报文会被Http Parser解析，名称映射首先会根据url确定对应的web app，然后把请求放入该app的消息队列中。

**2. 消息队列**

Http.sys给每个注册的web app一个消息队列。

**3. 响应缓存**

请求的静态资源和GET请求会缓存起来一段时间，如果请求url能匹配这直接返回缓存数据。

**4. 响应模块**

将数据返回给用户代理，如果返回的是可以缓存的资源，则会放入响应缓存中。

### 1.3.2. Http.sys工作原理 ###

下图表示在ASP.NET Core应用中接受一个http请求到返回数据的过程：

![2017-09-10-11-29-05][]

1.  这里的TCPIP.sys也是windows内核驱动，提供了TCPIP协议栈。
2.  Http.sys的处理如在“基本构成”做所述。
3.  ASP.NET Core应用程序里面HttpSys模块代表了Http.sys，它与应用程序代码交流，交流的载体是HTTP上下文。

### 1.3.3. 总结 ###

Kestrel服务器运行在Asp.net core应用程序中，能高效的处理网络请求，且跨平台。Http.sys运行在内核态中，极大减少了系统调用次数，运行效率很高；自带生存环境的安全，鲁棒性等特点；它也可以作为反向代理，因此它的功能更加强大，主要问题是只能运行在windows下。Kestrel应用在生产环境中需要运行在代理服务器后面，以获取安全性，负载均衡等能力。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>功能</th> 
   <th>Http.sys</th> 
   <th>Kerstrel</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>平台支持</td> 
   <td>Windows</td> 
   <td>Windows/Linux/Mac</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>静态文件</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Yes</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>HTTP访问日志</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>端口共享/多应用程序</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SSL证书</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Internal*</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Windows 授权</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>过滤请求&amp;限制</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IP&amp;域名约束</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>HTTP重定向规则</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WebSocket 协议</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Middleware</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>缓存Response</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>压缩</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Yes</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>FTP服务器</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运行态</td> 
   <td>内核态</td> 
   <td>用户态</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\* Internal：https通信仅仅工作在反向代理服务器后面与ASP.NET程序之间，如果要想外暴露https服务这需要用到反向代理,比如IIS,nginx,apached。

> 参考文章

[http://www.cnblogs.com/yxmx/articles/1652128.html][http_www.cnblogs.com_yxmx_articles_1652128.html]

[http://www.cnblogs.com/arbin98/archive/2010/09/03/1816847.html][http_www.cnblogs.com_arbin98_archive_2010_09_03_1816847.html]

[https://stackify.com/kestrel-web-server-asp-net-core-kestrel-vs-iis/][https_stackify.com_kestrel-web-server-asp-net-core-kestrel-vs-iis]

> 作者：帅虫哥 出处： [http://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html][http_www.cnblogs.com_vipyoumay_p_7525478.html]

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转载于:https://www.cnblogs.com/Jeely/p/11357045.html

[ASP.NET Core Web_ Kestrel_Http.sys]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#aspnet-core-web%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8-kestrel%E5%92%8Chttpsys-%E7%89%B9%E6%80%A7%E8%AF%A6%E8%A7%A3
[1.1.]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#11-%E5%90%8D%E8%AF%8D%E8%A7%A3%E9%87%8A
[1.2. Kestrel]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#12-kestrel%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86
[1.2.1. Kestrel]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#121-kestrel%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%9E%B6%E6%9E%84
[1.2.2. Kestrel]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#122-kestrel%E7%9A%84%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86
[1.2.2.1. _Request_Response]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#1221-%E5%A4%84%E7%90%86request%E5%92%8Cresponse
[1.2.2.2.]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#1222-%E5%86%85%E5%AD%98%E6%B1%A0%E8%AF%BB%E5%86%99
[1.2.2.3. Libuv]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#1223-libuv%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E5%92%8C%E6%89%98%E7%AE%A1%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E9%80%9A%E4%BF%A1
[1.3. Http.sys]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#13-httpsys%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86
[1.3.1. Http.sys]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#131-httpsys%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%9E%84%E6%88%90
[1.3.2. Http.sys]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#132-httpsys%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86
[1.3.3.]: https://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html#133-%E6%80%BB%E7%BB%93
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[http_www.cnblogs.com_yxmx_articles_1652128.html]: http://www.cnblogs.com/yxmx/articles/1652128.html
[http_www.cnblogs.com_arbin98_archive_2010_09_03_1816847.html]: http://www.cnblogs.com/arbin98/archive/2010/09/03/1816847.html
[https_stackify.com_kestrel-web-server-asp-net-core-kestrel-vs-iis]: https://stackify.com/kestrel-web-server-asp-net-core-kestrel-vs-iis/
[http_www.cnblogs.com_vipyoumay_p_7525478.html]: http://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/7525478.html