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。
一、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。
IIS 是一个未托管的可执行程序,它提供了一个基于 ISAPI 扩展模块和筛选器模块的可扩展模型。通过编写此类模块,开发人员可以直接管理对特定资源类型的请求,并在各个预定义的步骤中接收当前请求。扩展和筛选器是一些 DLL,可以导出一些具有已知名称和签名的函数。这些插件组件是在 IIS 配置数据库中注册并配置的。
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。
为确保获得最优性能,aspnet_isapi 使用异步命名管道来将请求转发给辅助进程并获得响应。另一方面,辅助进程在需要查询有关 IIS 环境的信息(即服务器变量)时又使用同步管道。aspnet_isapi 模块创建固定数量的命名管道,并使用重叠的操作以通过小的线程池处理同一时间进行的连接。当通过管道进行的数据交换操作结束后,完成例程将断开客户端,并重新使用管道实例为新的客户端服务。线程池和重叠操作均可以保证使 ASP.NET ISAPI 的性能达到令人满意的水平。但是,aspnet_isapi 扩展决不会处理 HTTP 请求。
ASP.NET 请求的处理逻辑可以概括为以下步骤:
当请求到达时,IIS 检查资源类型并调用 ASP.NET ISAPI 扩展。如果启用了默认的进程模型,aspnet_isapi 会将请求排队,并将请求分配给辅助进程。所有的请求数据都通过异步 I/O 发送。如果启用了 IIS 6 进程模型,请求将自动在辅助进程 (w3wp.exe) 中排队,此辅助进程用于处理应用程序所属的 IIS 应用程序池。IIS 6 辅助进程不了解 ASP.NET 和托管代码的任何情况,它只是处理 *.aspx 扩展并加载 aspnet_isapi 模块。当 ASP.NET ISAPI 在 IIS 6 进程模型中运行时,它的工作方式有所不同,仅在 w3wp.exe 辅助进程的上下文中加载 CLR。
收到请求后,ASP.NET 辅助进程将通知 ASP.NET ISAPI,它将为请求服务。通知通过同步 I/O 实现。之所以使用同步模型,是因为请求只有在 ISAPI 内部请求表中被标记为“executing”,辅助进程才能开始处理它。如果请求已经由特殊的辅助进程进行处理,则不能再将它指定到其他进程,除非原始进程已取消。
在辅助进程的上下文中执行请求。有时,辅助进程可能需要回调 ISAPI 以完成请求,也就是需要说枚举服务器变量。这种情况下,辅助进程将使用同步管道,因为这样可以保持请求处理逻辑的顺序。
完成后,响应被发送到打开了异步管道的 aspnet_isapi。现在,请求的状态变为“Done”,之后将从请求表中被删除。如果辅助进程崩溃,正在处理的所有请求仍将保持“executing”状态并持续一段时间。如果 aspnet_isapi 检测到辅助进程已取消,它将自动终止请求并释放所有相关的 IIS 资源。
以上说明是指默认的 ASP.NET 进程模型,即在 IIS 5.x 中运行的工作模型。IIS 6(Windows Server 2003 提供)的默认工作方式对 ASP.NET 进程模型也有影响。当集成在 IIS 6.0 中时,ASP.NET 1.1 会自动调整自己的工作方式以适应宿主环境。这时,不再需要使用 aspnet_wp 辅助进程,machine.config 文件中定义的某些配置参数也被忽略。从 ASP.NET 的角度来看,IIS 6 的最大改变是有关请求的一切都在 aspnet_isapi 的控制之下,且都处在 w3wp.exe 辅助进程的上下文中。辅助进程的帐户是为 Web 应用程序所属的应用程序池设置的帐户。默认情况下,该帐户是 NETWORKSERVICE—,它是一个内置的弱帐户,在功能上与 ASPNET 等价。
辅助进程受一个名为进程回收 (Recycling) 的功能的控制。进程回收具有 aspnet_isapi 功能,当现有进程消耗的内存太多、响应太慢或挂起时可以自动启动新进程。出现这种情况时,新请求将由新实例处理,新实例从而变成新的活动进程。但是,指定给旧进程的所有请求仍保持挂起状态。如果旧进程结束了挂起的请求并进入空闲状态,该进程即终止。如果辅助进程崩溃,或者由于其他原因停止处理请求,则所有挂起的请求将被重新指定给新进程。
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。
二、Web Garden 模型
Web Garden 模型可以通过 machine.config 文件中的
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。
总之,Web Garden 模型并不适用于所有应用程序。应用程序的状态越多,其的性能损失也越多。工作数据存储在共享内存的块中,以便一个进程输入的变化可以立即被其他进程得知。但是,处理请求时,工作数据被复制到进程的上下文中。因此,各个辅助进程将处理自己的工作数据,而应用程序的状态越多,性能损失就越大。鉴于此,仔细、明智的应用程序基准测试是绝对必要的。
只有重启 IIS 后,对配置文件中
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