ASP.NET HTTP 运行时
一个请求从 URL 字符串到 HTML 代码的“漫长曲折”之路
Dino Esposito
Wintellect
2003年7月10日
摘要:本文详细介绍了 HTTP 运行时的组成部分,以及在处理对 ASP.NET 应用程序的各种请求时采用的逻辑。文章还以 Web Garden 模型和最新的 IIS 6 进程模型为切入点,分析了辅助进程的行为,并说明了 HTTP 请求变为纯 HTML 文本的全过程。(本文包含一些指向英文站点的链接。)
适用于:
Microsoft® ASP.NET
目录
简介
ASP.NET 结构的组件
Web Garden 模型
HTTP 管道
临时文件和页面程序集
小结
简介
不管使用哪种底层平台,可靠性和性能都是对所有 Web 应用程序的主要要求,尽管从某种意义上讲,这两个要求是相互矛盾的。例如,要构建更可靠、更健壮的应用程序,可能需要将 Web 服务器与具体的应用程序分离,使应用程序在进程外工作。但是,如果在不同于 Web 服务器进程的内存环境中工作,应用程序将变慢。因此,需要采取合理的措施,以确保进程外代码尽可能快地运行。
在构建 Microsoft® ASP.NET 运行时环境时,依据的设计原则即:充分考虑可靠性和性能。得到的 ASP.NET 进程模型包含了两个系统元素 - 一个存在于 Web 服务器进程中的进程内连接器,一个外部的辅助进程。另外,ASP.NET 运行时结构的可伸缩能力很强,可以自动使用多处理器硬件中任意选定的处理器。这种模式被称为“Web Garden”,它可以使多个辅助进程同时运行,而且各个进程均在独立的处理器中。
高度概括起来,ASP.NET 运行时具有三大属性:
应用程序和 ASP.NET 辅助进程之间完全分离。提供服务的辅助进程的寿命决不会影响应用程序的寿命。换句话说,当应用程序启动并处于运行状态时,辅助进程可以随时终止。
尽管 ASP.NET 应用程序从不在 Web 服务器内采用进程内的方式运行,但大多数情况下,其总体性能仍接近于进程内应用程序的性能。
为 Web Garden 体系结构提供了内置的和可配置的支持。只要简单检查一下配置文件中的设置,辅助进程就可以克隆自己,以利用所有与进程密切相关的 CPU。因此,在大多数情况下,您在具备多处理器的计算机中获得的可缩放性将呈线性增长的趋势。(本文后面将详细介绍此内容。)
本文将介绍 ASP.NET 运行时环境的组成元素,然后一步一步地讲述从 URL 请求变为纯 HTML 文本的“漫长而曲折”的过程。
除非另有说明,否则以下介绍中均指 ASP.NET 的默认进程模型,即 Microsoft® Internet Information Services (IIS) 5.x 中唯一的模型。
ASP.NET 结构的组件
执行 ASP.NET 应用程序需要宿主 Web 服务器的支持。在 Microsoft® Windows® 的 Server 平台中,Web 服务器由名为 inetinfo.exe 的 IIS 可执行文件表示。Windows 2000 及以上版本的操作系统本身均提供了 Web 服务器。但需要注意,在 Microsoft® Windows Server™ 2003 中,并未默认安装 IIS 和 ASP.NET,必须通过单击“控制面板”中的“添加或删除程序”小程序将其添加到系统中。
只有少数几种被客户端请求的资源类型由 IIS 直接处理。例如,对 HTML 页面、文本文件、JPEG 和 GIF 图像的传入请求由 IIS 处理。对 Active Server Page (*.asp) 文件的请求通过调用名为 asp.dll 的 ASP 专用扩展模块进行解析。同样,对 ASP.NET 资源(例如,*.aspx、*.asmx、*.ashx)的请求将传递到 ASP.NET ISAPI 扩展。该系统组件是一个名为 aspnet_isapi.dll 的 Win32 DLL。ASP.NET 扩展可以处理多种资源类型,包括 Web 服务和 HTTP 处理程序调用。
ASP.NET ISAPI 扩展是一个 Win32 DLL,未集成托管代码。它是接收和分派对各种 ASP.NET 资源的请求的控制中心。按照设计,该模块存在于 IIS 进程中,在具有管理员权限的 SYSTEM 帐户下运行。开发人员和系统管理员不能修改此帐户。ASP.NET ISAPI 扩展负责调用 ASP.NET 辅助进程 (aspnet_wp.exe),而该进程又负责控制请求的执行。除了对请求进行安排以外,ASP.NET ISAPI 还监视辅助进程的运行情况,并在性能降低到一定程度时将进程取消。
辅助进程是一小段 Win32 shell 代码,集成了公共语言运行库 (CLR) 并运行托管代码。它负责处理对 ASPX、ASMX 和 ASHX 资源的请求。一般来说,此进程在一台给定的计算机中只有一个实例。所有当前激活的 ASP.NET 应用程序均在其中运行,每个应用程序都位于一个独立的 AppDomain 中。但是,如前所述,辅助进程支持 Web Garden 模式,即进程的相同副本都运行在与进程密切相关的 CPU 中。(更多内容,请参阅本文后面的“Web Garden 模型”部分。)
ISAPI 和辅助进程之间的通讯是使用一组命名管道进行的。命名管道是一种 Win32 机制,用于跨进程边界传输数据。顾名思义,命名管道的工作方式与管道相似:在一端输入数据,在另一端输出相同的数据。建立的管道既可以连接本地进程,也可以连接远程计算机上运行的进程。对于本地进程间通讯,管道是 Windows 中的最有效、最灵活的工具。
尽管 ASP.NET ISAPI 和辅助进程是 ASP.NET 运行时结构的主要组成部分,但还有其他一些可执行文件也发挥着作用。下表列出了所有这些组件。
表 1:构成 ASP.NET 运行时环境的可执行文件
名称 类型 帐户
aspnet_isapi.dll Win32 DLL(ISAPI 扩展) LOCAL SYSTEM
aspnet_wp.exe Win32 EXE ASPNET
aspnet_filter.dll Win32 DLL(ISAPI 筛选器) LOCAL SYSTEM
aspnet_state.exe Win32 NT Service ASPNET
aspnet_filter.dll 组件是一个小的 Win32 ISAPI 筛选器,用来备份 ASP.NET 应用程序的无 Cookie 会话状态。在 Windows Server 2003 中,当启用 IIS 6 进程模型时,aspnet_filter.dll 还将筛选出 Bin 目录中对非可执行资源的请求。
aspnet_state.exe 的作用对 Web 应用程序更为重要,因为它用于管理会话状态。该项服务是可选的,可以用来在 Web 应用程序内存空间之外保存会话状态数据。该可执行文件是一种 NT 服务,既可以在本地运行,也可以远程运行。当该服务被激活后,可以将 ASP.NET 应用程序配置为将所有会话信息保存在此进程的内存中。一种类似的方案是提供更为可靠的数据存储方式,不受进程回收和 ASP.NET 应用程序故障的影响。该服务在 ASPNET 本地帐户下运行,但可以使用服务控制管理器 (Service Control Manager) 接口来配置它。
另一个应该介绍的可执行文件是 aspnet_regiis.exe,尽管严格来讲,它并不属于 ASP.NET 运行时结构。该实用程序可以用来配置环境,以在一台计算机上并行执行不同版本的 ASP.NET,还可用于维修 IIS 和 ASP.NET 损坏的配置。该实用程序的工作方式是更新存储在 IIS 配置数据库的根目录和子目录中的脚本映射。脚本映射是资源类型和 ASP.NET 模块之间的一种关联关系。最后,还可以使用该工具来显示已安装的 ASP.NET 版本的状态,执行其他配置操作,如授予对特定文件夹的 NTFS 权限、创建客户脚本目录。
Web Garden 模型
Web Garden 模型可以通过 machine.config 文件中的 <processModel> 部分进行配置。请注意,<processModel> 部分是唯一不能放在应用程序特定的 web.config 文件中的配置部分。这就是说,Web Garden 模式可以应用到计算机中运行的所有应用程序。但通过使用 machine.config 源文件中的 <location> 节点,可以针对各个应用程序调节计算机的设置。
<processModel> 部分有两个属性可以影响 Web Garden 模型,它们是 webGarden 和 cpuMask。webGarden 属性接受布尔值,表示是否使用了多个辅助进程(一个相关的 CPU 对应一个进程)。默认情况下,该属性的值为 false。cpuMask 属性保存一个 DWORD 值,该值的二进制表示为能够运行 ASP.NET 辅助进程的 CPU 提供了位屏蔽。其默认值为 -1 (0xFFFFFF),表示可以使用所有可用的 CPU。如果 webGarden 属性为 false,则 cpuMask 属性的内容将被忽略。cpuMask 属性还为正在运行的 aspnet_wp.exe 的副本数设置了上限。
常言道“闪光的不都是金子”,用在这里很合适。Web Garden 模式使得多个辅助进程可以同时运行。但是,需要注意的是所有进程都会有自己的应用程序状态、进程内会话状态、ASP.NET 缓存、静态数据以及运行应用程序所需的其他内容。启用 Web Garden 模式之后,ASP.NET ISAPI 将根据 CPU 的数量尽可能多地启动辅助进程,每个辅助进程都是下一进程的完整克隆(每一进程都与相应的 CPU 密切相关)。为平衡工作负荷,传入的请求以单循环的方式在运行的进程之间进行划分。辅助进程就象在单处理器中一样被回收。请注意,ASP.NET 继承了操作系统中所有的 CPU 使用限制,并且不包括实现限制的自定义语义。
COM 和 DCOM 安全性与 Microsoft® .NET Framework 有何关系?实际上,CLR 是作为 COM 对象提供的。更准确地说,CLR 本身不是由 COM 代码构成的,但是指向 CLR 的接口却是一个 COM 对象。因此,辅助进程加载 CLR 的方式与加载 COM 对象的方式相同。
// 将页面内容呈现给 HTML
RenderControl(CreateHtmlTextWriter(Response.Output));
}
无论调用的资源类型如何,基于 HTTP 处理程序的模型是相同的。唯一随资源类型变化而变化的元素是处理程序。HttpApplication 对象负责查找应该使用哪种处理程序来处理请求。HttpApplication 对象还负责检测对动态创建的、表示资源的程序集(如 .aspx 页面或 .asmx Web 服务)所进行的更改。如果检测到更改,应用程序对象将确保编译并加载所请求的资源的最新来源。
临时文件和页面程序集
要全面了解 ASP.NET HTTP 运行时,让我们来分析一下当请求 ASP.NET 页面时,文件系统层所发生的变化。接下来,您将了解由 HTTP 管道的对象管理和监视的一组动态创建的临时文件。
虽然可以将页面的核心代码隔离在代码背后的 C# 或 Microsoft® Visual Basic® .NET 类中,但可以将 Web 页面编写和部署为 .aspx 文本文件。对于要显示为 URL 的页面来说,.aspx 文件在应用程序的 Web 空间中必须始终可用。.aspx 文件的实际内容将确定应用程序对象要加载的程序集(或多个程序集)。
按照设计,HttpApplication 对象将查找一个根据请求的 ASPX 文件命名的类。如果页面命名为 sample.aspx,则要加载的相应的类名为 ASP.sample_aspx。应用程序对象在 Web 应用程序的所有程序集文件夹中查找这样的类,这些文件夹包括全局程序集缓存 (GAC)、Bin 子文件夹和 Temporary ASP.NET Files 文件夹。如果未找到这样的类,HTTP 结构将分析 .aspx 文件的源代码,创建一个 C# 或 Visual Basic .NET 类(具体创建哪种类,取决于 .aspx 页面上设置的语言),同时对其进行编译。新创建的程序集的名称是随机生成的,位于特定于应用程序的子文件夹中,路径如下所示: C:/WINDOWS/Microsoft.NET/Framework/v1.1.4322/Temporary ASP.NET Files。
子文件夹 v1.1.4322 特定于 ASP.NET 1.1。如果您使用的是 ASP.NET 1.0,子文件夹的版本号会有所不同,即子文件夹名为 v1.0.3705。再次访问页面时,程序集就已存在,不需要重新创建。但是,HttpApplication 对象是如何确定特定于页面的程序集是否存在呢?它每次都要扫描大量文件夹吗?不,并不是这样。
应用程序对象只查看 Temporary ASP.NET Files 文件夹中某个特殊文件夹的内容。具体路径(特定于应用程序的路径)由 HttpRuntime.CodegenDir 属性返回。如果是第一次访问 .aspx 文件(即还未创建页面程序集),则该文件夹中就不存在以 ASPX 页面名称开头的 XML 文件。例如,具有动态程序集的 sample.aspx 页面应有如下的条目:
sample.aspx.XXXXX.xml
XXXXX 占位符是一种散列代码。通过读取该 XML 文件的内容,应用程序对象就可以了解要加载的程序集的名称以及要在其中获取的类。以下代码片段是这种 Helper 文件的典型内容。包含 ASP.sample_aspx 类的程序集的名称是 mvxvx8xr。
小结
ASP.NET 应用程序有两大特征:进程模型和页面对象模型。ASP.NET 提前使用了 IIS 6.0 的一些功能,而 IIS 6.0 则是 Windows Server 2003 中提供的全新的、开创性的 Microsoft Web 信息服务。尤其值得一提的是,在独立的辅助进程中运行的 ASP.NET 应用程序,其行为与 IIS 6 中的所有应用程序相同。而且,尽管会出现运行时异常、内存泄露或程序错误,ASP.NET 运行时仍能自动回收辅助进程以保证实现卓越的性能。这种功能已成为 IIS 6.0 的系统功能。
在本文中,我概括介绍了默认的 ASP.NET 进程模型的基础知识,以及 IIS 级代码(ASP.NET ISAPI 扩展)和辅助进程之间的交互。同时,还介绍了与 IIS 6 进程模型之间的最新区别。本文对页面对象模型的论述较少,我将在以后的文章中进一步介绍。欢迎继续阅读!
要深入了解 ASP.NET、HTTP 运行时和页面对象模型,请查阅 Microsoft Press 2003 年出版的我的新书 Programming Microsoft ASP.NET。