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ASP.NET Process Model之一:IIS 和 ASP.NET ISAPI

简介:
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前几天有一个朋友在MSN上问我“ASP.NET 从最初的接收到Http request到最终生成Response的整个流程到底是怎样的?”我觉得这个问题涉及到IISASP.NETASP.NET Runtime的处理模型的问题,并不是三言两语就能说清楚的,所以决定写这样一篇介绍IISASP.NET Runtime Process Model的文章,谈谈我对此的一个粗浅的认识,如果有什么不对的地方,希望大家及时指正。

这篇文章大体分为两个部分,第一部分我将谈谈IIS的两个不同的版本—IIS 5.x IIS 6(虽然IIS 7已经Release很长时间了,而且较之前两个版本发生了非常大的变化,由于本人缺乏对IIS 7深入的了解,所以在这里就不再介绍了,不过以后我将这方面的内容补上)的处理模型:IIS如何监听来自外界的Http request,如何根据ISAPI Extension Mapping将对于不同Resource的请求分发给不同的ISAPI Extension,基于ASP.NET ResourceASP.NET ISAPI如何将Request传递给ASP.NET Runtime 环境。第二部分将着重介绍在一个托管的ASP.NET Runtime 环境对传入的Http request的处理过程。我们先来看看IIS 5.xIIS 6的处理过程。

1.             一、IIS 5.x based Process Model

IIS 5.x一个显著的特征就是Web Server和真正的ASP.NET Application的分离。作为Web ServerIIS运行在一个名为InetInfo.exe的进程上,InetInfo.exe是一个Native Executive,并不是一个托管的程序,而我们真正的ASP.NET Application则是运行在一个叫做aspnet_wpWorker Process上面,在该进程初始化的时候会加载CLR,所以这是一个托管的环境。我们接下来将谈论aspnet_wp如何创建,aspnet_wpInetInfo.exe如何进行通信,以及简单介绍在aspnet_wp中,如何将Request 导入ASP.NET Rutime Pipeline

我们通过创建虚拟目录将资源HostIIS下,原则上,我们可以通过IIS访问置于虚拟目录下的所有Resource,这部仅仅包含一些静态资源文件,比如图片、纯Html文件、CSSJS等等,也包含一些需要动态执行的文件,比如aspxasmx等等,我们还可以将RemotingWCF Service HostIIS下。对于这些静态的文件,IIS直接提取对应的文件将其作为Http Response返回给Client,但是对于这些需要进一步处理的动态执行的文件,IIS必须将Request进一步传递给对应的处理程序,待处理程序执行完毕获得最终的Http Response通过IIS返回给Client。对于IIS来说,这些处理程序通过ISAPI Extension来体现。对于基于ASP.NETResource,其对应的ISAPI ExtensionASP.NET ISAPI,通过一个aspnet_isapi.dll承载。IISMetadata database维护着一个称为ISAPI Extension Mapping的数据表,负责将不同类型的Resource影射到对应的ISAPI Extension



上图像我们展示了
IIS 5.x如何处理一个基于ASP.NET Resource(以aspx为例)的Http Request的大体流程。首先用户通过Browser请求一个aspx pageBrower向对于得Web Server,也就是目标主机的IIS。在上面我们提到过,IIS运行在一个称为InetInfo.exe的进程中,InetInfo.exe是一个Native Executive,并非一个托管的程序。IIS分析Request的目标资源文件的扩展名(这里是aspx),通过ISAPI Extension Mapping获知对应的ISPAIASP.NET ISAPI,于是加载aspnet_isapi.dll。到此为止,该Request的处理交由ASP.NET ISAPI,处理。ASP.NET ISAPI会创建一个叫做aspnet_wp.exeWorker Process(如果该进程不存在的话),在aspnet_wp.exe初始化的时候会加载CLR,从而为ASP.NET Application创建一个托管的运行环境,在CLR初始化的使用会加载两个重要的dllAppManagerAppDomainFactoryISAPIRuntime。通过AppManagerAppDomainFactoryCreate方法为Application创建一个Application Domain;通过ISAPIRuntimeProcessRequest处理Request,进而将流程拖入到ASP.NET Http Runtime Pipeline的范畴,ASP.NET Http Runtime PipelineHttp Request的处理是一个相对复杂的过程,相关的介绍会放在本篇文章的下一部份。在这里我们可以把它看成是一个黑盒,它接管Request,最终生成Html

这基本上就是整个处理流程,很简单。不过在这里有几点需要特别指出的。

1. 首先,同一台主机上再同一时间只能运行一个aspnet_wp进程,每个基于虚拟目录的ASP.NET Application对应一个Application Domain,也就是说每个Application都运行在同一个Worker Process中,Application之间的隔离是基于Application Domain的,而不是基于Process的。

2. 其次,ASP.NET  ISAPI不但负责创建aspnet_wp Worker Process,而且负责监控该进程,如果检测到aspnet_wpPerformance降低到某个设定的下限,ASP.NET  ISAPI会负责结束掉该进程。当aspnet_wp结束掉之后,后续的Request会导致ASP.NET ISAPI重新创建新的aspnet_wp Worker Process

3. 最后,由于IISApplication运行在他们各自的进程中,他们之间的通信必须采用特定的通信机制。本质上IIS所在的InetInfo进程和Worker Process之间的通信是同一台机器不同进程的通信(local interprocess communications),处于Performance的考虑,他们之间采用基于Named pipe的通信机制。ASP.NET ISAPIWorker Process之间的通信通过他们之间的一组Pipe实现。同样处于Performance的原因,ASP.NET ISAPI通过异步的方式将Request 传到Worker Process并获得Response,但是Worker Process则是通过同步的方式向ASP.NET ISAPI获得一些基于Server的变量。

2.             二、IIS 6 based Process Model

Reliability Performance永远不我们从事软件开发不变的主题。作为Host 基于Http ApplicationIIS来说,这两方面就显得尤为重要了。我们从IIS 5.xIIS 6 的演变,不难看出IIS 6在前一个版本基础上所作的改进也是基于这两个方面。在介绍IIS 6的处理模型之前,我们先看看IIS 5.x都什么样缺陷:

1. 首先从Performance上看,IISapplication运行在不同的进程中,虽然他们之间采用了基于Named Pipe的异步通信方式,但是一个基于进程之间的通信对性能的影响确实不能从根本上解决。

2. 其次,从Reliability来考虑,一台机器上只能运行一个worker process,每个Application运行在同一个进程中,虽然基于Application Domain的隔离能提供一定的Reliability,但是一旦真个进程崩溃,所有的Application都受影响。所以我们有时候需要提供一个基于Process的隔离性。

基于Reliability的改进,IIS 6引入了Application Pool。顾名思义,Application Pool就是一个application的容器,在IIS 6中,我们可以创建若干Application Pool,在创建Web Application的时候,我们为它指定一个既定的application pool。在运行的时候,一个Application对应一个Worker Processw3wp.exe。也就是说,和前一个版本的IIS不同的是,对于IIS 6来说,同一台机器上可以同时运行多个Worker Process,每个Worker Process中的每个Application domain对应一个Application。这样,Application之间不但能提供Application Domain级别的隔离,你也可以将不同的Application置于不同的Application Pool中,从而基于Process级别的隔离。对于Host 一些重要的Application来说,这样的方式可以提供很好的Reliability

Performance方面,IIS 5.x是通过InetInfo.exe监听Request并把Request分发到Work Process。换句话说,在IIS 5.x中对Request的监听和分发是在User Mode中进行,在IIS 6中,这种工作被移植到kernel Mode中进行,所有的这一切都是通过一个新的组件:http.sys来负责。

注:为了避免用户应用程序访问或者修改关键的操作系统数据,windows提供了两种处理器访问模式:用户模式(User Mode)和内核模式(Kernel Mode)。一般地,用户程序运行在User mode下,而操作系统代码运行在Kernel Mode下。Kernel Mode的代码允许访问所有系统内存和所有CPU指令。关于User ModeKernel Mode以及一些Windows底层的一些内容,推荐大家看看《Microsoft Windows InternalFour Edition Authored by Mark E.Russinovich & David A. Solomon



上图基本上演示了
IIS 6整个处理过程。在User Mode下,http.sys接收到一个基于aspxhttp request,然后它会根据IIS中的Metabase查看该基于该RequestApplication属于哪个Application Pool,如果该Application Pool不存在,则创建之。否则直接将request发到对应Application PoolQueue中。我上面已经说了,每个Application Pool对应着一个Worker Processw3wp.exe,毫无疑问他是运行在User Mode下的。在IIS Metabase中维护着Application Poolworker processMappingWASWeb Administrative service)根据这样一个mapping,将存在于某个Application Pool Queuerequest 传递到对应的worker process(如果没有,就创建这样一个进程)。在worker process初始化的时候,加载ASP.NET ISAPIASP.NET ISAPI进而加载CLR。最后的流程就和IIS 5.x一样了:通过AppManagerAppDomainFactoryCreate方法为Application创建一个Application Domain;通过ISAPIRuntimeProcessRequest处理Request,进而将流程进入到ASP.NET Http Runtime Pipeline

IIS Process Model部分就介绍到这里,在下部分中,我将介绍ASP.NET Http Runtime Pipeline

Reference:
The ASP.NET HTTP Runtime
ASP.NET Internals – IIS and the Process Model
ASP.NET Internals - The bridge between ISAPI and Application Domains
Microsoft® Windows® Internals, Fourth Edition: Microsoft Windows Server™ 2003, Windows XP, and Windows 2000


ASP.NET Process Model
[原创]ASP.NET Process Model之一:IIS 和 ASP.NET ISAPI
[原创]ASP.NET Process Model之二:ASP.NET Http Runtime Pipeline - Part I
[原创]ASP.NET Process Model之二:ASP.NET Http Runtime Pipeline - Part II


作者:蒋金楠
微信公众账号:大内老A
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