IIS 5 与IIS 6 原理介绍

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

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IIS和ASP.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IIS和ASP.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 和 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 Resource的ASP.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.x和IIS 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 Server的IIS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_wp的Worker 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_wp和InetInfo.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Host到IIS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、CSS、JS等等，也包含一些需要动态执行的文件，比如aspx，asmx等等，我们还可以将Remoting和WCF Service Host到IIS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.NET的Resource，其对应的ISAPI Extension为ASP.NET ISAPI，通过一个aspnet_isapi.dll承载。IIS的Metadata 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 page，Brower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ISPAI为ASP.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.exe的Worker 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dll：AppManagerAppDomainFactory和ISAPIRuntime。通过AppManagerAppDomainFactory的Create方法为Application创建一个Application Domain；通过ISAPIRuntime的ProcessRequest处理Request，进而将流程拖入到ASP.NET Http Runtime Pipeline的范畴，ASP.NET Http Runtime Pipeline对Http 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_wp的Performance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IIS和Application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 ISAPI和Worker 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 和Performance永远是我们从事软件开发不变的主题。作为Host 基于Http Application的IIS来说，这两方面就显得尤为重要了。我们从IIS 5.x到IIS 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，IIS和application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 pool对应一个Worker Process：w3wp.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。

在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 Mode和Kernel Mode以及一些Windows底层的一些内容，推荐大家看看《Microsoft Windows Internal》Four 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Kernel Mode下，http.sys接收到一个基于aspx的http request，然后它会根据IIS中的Metabase查看该基于该Request的Application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 Pool的Queue中。我上面已经说了，每个Application Pool对应着一个Worker Process：w3wp.exe，毫无疑问他是运行在User Mode下的。在IIS Metabase中维护着Application Pool和worker process的Mapping。WAS（Web Administrative service）根据这样一个mapping，将存在于某个Application Pool Queue的request 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 ISAPI，ASP.NET ISAPI进而加载CLR。最后的流程就和IIS 5.x一样了：通过AppManagerAppDomainFactory的Create方法为Application创建一个Application Domain；通过ISAPIRuntime的ProcessRequest处理Request，进而将流程进入到ASP.NET Http Runtime Pipeline。