從底層了解ASP.NET構(gòu)架

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

ASP.NET是一個用于構(gòu)建Web程序的強大平臺，提供了巨大的彈性和能力以至于它可以構(gòu)建任意的Web程序。許多人僅僅對處于ASP.NET高層次的框架如：WebForms和WebServices比較熟悉，因此，在這篇文章里，我將會闡述有關(guān)ASP.NET比較底層的知識，并且將會解釋，如何將請求從Web Server移交給ASP.NET運行時，然后通過ASP.NET HTTP管道處理這些請求。

了解一個平臺的內(nèi)部工作機(jī)制總是會讓人感到一些滿足和安慰，深入了解也能幫助寫出更好的程序。知道了工具有什么用途，以及它們?nèi)绾谓M裝成復(fù)雜框架的一部分，這些將會使你很容易的找到問題的解決方案，以及在修改和調(diào)試錯誤時，都顯得非常重要。這篇文章的目的就是從底層了解ASP.NET以及幫助你理解請求如何流入ASP.NET處理管道里。同時，將會了解ASP.NET引擎的核心，以及一個Web請求如何在這里結(jié)束。這里講到的許多知識都是你日常工作中沒必要知道的，但是，如果理解了ASP.NET如何把請求路由到應(yīng)用程序的代碼里（通常比較高層次的），這將非常有用。

注意：整個ASP.NET引擎完全構(gòu)建在托管代碼里，其所有的擴(kuò)展性都是通過托管代碼去構(gòu)建。

使用ASP.NET的大多數(shù)人都比較熟悉WebForms和WebServices。這些高層次的實現(xiàn)，使得構(gòu)建Web程序變得非常容易。ASP.NET被設(shè)計為驅(qū)動引擎，它把底層的接口提供給Web Server，為高層次Web應(yīng)用程序的前端和末端提供了路由服務(wù)。WebForms和WebServices是建立在ASP.NET框架之上，有關(guān)HTTP處理的兩種最常用的方式。

其實，在較低的層次上，ASP.NET也提供了足夠多的靈活性。HTTP運行時和請求管道提供了同樣的能力，可以構(gòu)建類似于WebForms和WebServices的實現(xiàn)，當(dāng)然，這些已經(jīng)使用.NET托管代碼實現(xiàn)了。如果需要構(gòu)建一個自定義HTTP處理平臺，而這個平臺要比WebForms所處的層次低一點，那么就會用到所有這些類似的功能。

構(gòu)建大多的Web界面，使用WebForms無疑是最容易的方法，但是，如果想自定義一個內(nèi)容處理器，或者需要對流入和流出的內(nèi)容做特殊的處理，或者需要為一個應(yīng)用程序定制一個應(yīng)用服務(wù)器接口，那么使用這些低層次的處理或者模塊將會得到更好的性能，以及可以在真正的請求處理中獲得更多的控制權(quán)。盡管那些高層次的實現(xiàn)，如：WebForms和WebServices已提供了類似的功能，但由于它們針對請求添加了太多的控制（導(dǎo)致性能下降）。所以完全可以另辟佳境，在較低層次上處理這些請求。

ASP.NET是什么？

讓我們從最簡單的定義開始，ASP.NET是什么？我通常喜歡用如下語句來描述ASP.NET。ASP.NET是完全使用托管代碼處理Web請求的一個成熟引擎平臺。它不僅僅只是WebForms和WebServices。

ASP.NET是一個請求處理引擎。它獲取客戶端請求，然后通過它內(nèi)置的管道，把請求傳到一個終點，在這個終點，開發(fā)者可以添加處理這個請求的邏輯代碼。實際上這個引擎和HTTP或者Web Server是完全分開的。事實上，HTTP運行時是一個組件，你可以把它宿主在IIS之外的應(yīng)用程序上。甚至完全可以和其它的服務(wù)組合在一起。例如可以把HTTP運行時宿主在Windows桌面應(yīng)用程序里。

通過使用內(nèi)置的管道路由請求，HTTP運行時提供了一套復(fù)雜的，但卻很優(yōu)雅的機(jī)制。在處理請求的每一個層面都牽涉到許多對象，但大多數(shù)對象都可以通過派生或者事件接口來擴(kuò)展。所以，此框架具有非常高的可擴(kuò)展性。通過這一套機(jī)制，可以進(jìn)入較低層次的接口如：緩存，身份驗證，授權(quán)等是有可能的。你可以在處理請求之前或之后過濾內(nèi)容，或者僅僅把匹配指定簽名的客戶端請求直接路由到你的代碼里或轉(zhuǎn)向其它的URL。針對同一件事情，可以通過不同的處理方法完成，而且實現(xiàn)代碼都非常的直觀。除此之外，在容易開發(fā)和性能之間，HTTP運行時還提供了最佳的靈活性。

整個ASP.NET引擎完全構(gòu)建在托管代碼里，所有的擴(kuò)展性功能都是通過托管代碼的擴(kuò)展提供。對于功能強大的.NET框架而言，使用自己的東西，構(gòu)建一個成熟的、高性能的引擎體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一個遺囑。盡管如此，但重要的是，ASP.NET給人印象最深的是高瞻遠(yuǎn)矚的設(shè)計，這使得在其之上的工作變得非常容易，并且提供了幾乎可以鉤住請求處理當(dāng)中任意部分的能力。

使用ASP.NET可以完成一些任務(wù)，之前這些任務(wù)是使用IIS上的ISAPI擴(kuò)展和過濾來完成的。盡管還有一些限制，但與ASP相比，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。ISAPI是底層Win32樣式的API，僅它的接口就有1MB，這對于大型的程序開發(fā)是非常困難的。由于ISAPI是底層的接口，因此它的速度也是非常的快。但對于企業(yè)級的程序開發(fā)是相當(dāng)?shù)碾y于管理的。所以，在一定的時間內(nèi)，ISAPI主要充當(dāng)其它應(yīng)用程序或平臺的橋接口。但是無論如何，ISAPI沒有被廢棄。事實上，微軟平臺上的ASP.NET和IIS的接口是通過宿主在.NET里的ISAPI擴(kuò)展來通信的，然后直達(dá)ASP.NET運行時。ISAPI提供了與Web Server通信的核心接口，然后ASP.NET使用非托管代碼獲取請求以及對客戶端請求發(fā)出響應(yīng)。ISAPI提供的內(nèi)容經(jīng)由公共對象類似于HttpRequest和HttpResponse，通過一個設(shè)計優(yōu)良的、可訪問的接口，以托管對象的方式暴露非托管數(shù)據(jù)。

從瀏覽器到ASP.NET

讓我們從一個典型的ASP.NET Web請求的生命周期的起點開始。用戶通過在瀏覽器中鍵入一個URL，點擊一個超鏈接，提交一個HTML表單（一個post請求），或者一個客戶端程序調(diào)用基于ASP.NET的WebService（通過ASP.NET提供服務(wù)）。在服務(wù)器端，IIS5或者IIS6將會收到這個請求。ASP.NET的底層通過ISAPI擴(kuò)展與IIS通信，然后，通過ASP.NET，這個請求通常被路由到一個帶有.aspx擴(kuò)展名的頁面。但是，這個處理過程如何工作，則完全依賴于HTTP處理器（handler）的執(zhí)行。這個處理器將被安裝用于處理指定的擴(kuò)展。在IIS中，.aspx經(jīng)由"應(yīng)用程序擴(kuò)展"被映射到ASP.NET ISAPI的dll文件：aspnet_isapi.dll。每一個觸發(fā)ASP.NET的請求，都必須經(jīng)由一個已經(jīng)注冊的，并且指向aspnet_isapi.dll的擴(kuò)展名來標(biāo)識。
注意：ISAPI是自定義Web請求處理中第一個并且具有最高性能的IIS入口點。

依靠擴(kuò)展名，ASP.NET把一個請求路由到一個恰當(dāng)?shù)奶幚砥?，該處理器則負(fù)責(zé)處理這個請求。舉個例子，WebServices的擴(kuò)展名.asmx不會把一個請求路由到磁盤上的某一個頁面，而是會路由到在定義中附加了指定特性（WebMethodAttribute）的類，此特性會把它標(biāo)識成一個Web Services的實現(xiàn)。許多其它的處理器將隨著ASP.NET一起被安裝。當(dāng)然也可以定義你自己的處理器。在IIS里所有的HttpHandler被映射并指向ASP.NET ISAPI擴(kuò)展，并且這些HttpHandler也都在web.config里配置，用于把請求路由到指定的HTTP處理器里執(zhí)行。每一個處理器都是一個.NET類，用于處理指定的擴(kuò)展。而這些處理器可以處理簡單到只有幾行代碼的Hello World，也可以處理復(fù)雜到類似ASP.NET的頁面以及執(zhí)行WebService。就目前而言，僅僅需要理解擴(kuò)展就是一種基本的映射機(jī)制，ASP.NET用它可以從ISAPI里獲取一個請求，然后把請求路由到指定處理該請求的處理器中。

ISAPI連接

ISAPI是底層非托管的Win32 API。它定義的接口非常的單一并且性能最優(yōu)。用這些接口處理原始指針（raw pointer），而函數(shù)指針列表（function pointer tables）則用于回調(diào)。ISAPI提供了最低層的、高性能的接口，開發(fā)者和工具廠商可以使用這些接口深入到IIS里。由于ISAPI是非常低層的，所以不太適合使用它構(gòu)建應(yīng)用級的程序。ISAPI趨向于被當(dāng)作橋接口使用，用于給高層次的工具提供應(yīng)用服務(wù)類型的功能。例如，ASP和ASP.NET都是被當(dāng)作冷聚變（cold fusion）構(gòu)建于ISAPI之上。大多Perl、PHP和JSP的執(zhí)行如同許多第三方解決方案一樣，可以在IIS運行。ISAPI是個非常好的工具，它給高層次的應(yīng)用程序提供了高性能垂直訪問接口。這使得那些高層次的應(yīng)用程序需要的信息可以從ISAPI提供的信息中提煉。在ASP和ASP.NET里，引擎可以提煉ISAPI接口提供的表單里的對象如：Request和Response，這些對象可以從ISAPI請求的信息中讀取它們各自的內(nèi)容。

作為約定，ISAPI支持ISAPI擴(kuò)展（extensions）和ISAPI過濾（filters）。擴(kuò)展是請求處理接口，提供了跟Web Server輸入和輸出相關(guān)的邏輯處理。從本質(zhì)上來說，它是一個事務(wù)接口。ASP和ASP.NET都被看作ISAPI擴(kuò)展的實現(xiàn)。ISAPI是鉤子接口，它允許你查看進(jìn)入IIS的每一個請求并且可以修改請求的內(nèi)容（包括輸入和輸出）或者改變模塊（如：身份驗證等）的行為。順便提一下，ASP.NET通過兩個方面的內(nèi)容：HTTP處理器（對應(yīng)ISAPI擴(kuò)展）和HTTP 模塊（對應(yīng)ISAPI過濾）映射到ISAPI。這些相關(guān)的內(nèi)容將會在后面詳細(xì)描述。

ISAPI是代碼的初始點，標(biāo)識ASP.NET一個請求的開始。ASP.NET映射了不同的擴(kuò)展到它的ISAPI擴(kuò)展，ISAPI擴(kuò)展位于.NET Framework目錄：
<.NET FrameworkDir>aspnet_isapi.dll

可以在IIS服務(wù)管理器里看到這些映射。打開Web站點的根目錄的屬性，選擇主目錄選項卡，然后查看配置|應(yīng)用程序映射。

通過這種機(jī)制，在Web Server里，請求就可以被路由到ASP.NET的處理管道里。盡管.NET需要很多擴(kuò)展名，但不必手工設(shè)置它們，可以使用aspnet_regiis.exe實用工具確保所有的腳本映射都被注冊。

cd <.NetFrameworkDirectory> aspnet_regiis - i 這將會把ASP.NET運行時的個別版本，通過腳本映射注冊到整個Web站點，并且安裝客戶端腳本庫，這些腳本庫將會被瀏覽器上的控件所使用。

注意:它是注冊了安裝在上面目錄里的CLR的那個版本。aspnet_regiis有一個可選項，可以使你單獨配置一個虛擬目錄。

每一個.NET框架的版本，都擁有各自的aspnet_regiis，對于不同版本的.NET框架，你需要運行適當(dāng)版本的aspnet_regiis，注冊到整個站點或者虛擬目錄。從ASP.NET2.0開始，在IIS控制臺里，有一個IIS ASP.NET配置頁面，在這個頁面可以挑選.NET的版本。

IIS5和IIS6的不同之處

當(dāng)一個請求進(jìn)來的時候，IIS會檢查腳本映射，然后把請求路由到aspnet_isapi.dll。接下來這個DLL文件的操作是什么呢？在IIS5和IIS6里，這個請求又是如何到達(dá)ASP.NET運行時的呢？它們兩者的處理方式有沒有重大變化呢？

站在比較高的角度，觀看請求從IIS到ASP.NET運行時的流程，然后直達(dá)請求處理管道。IIS5和IIS6與ASP.NET的接口采用了不同的方式，但從請求到達(dá)ASP.NET管道后的整個過程是完全一樣的。

IIS5直接把aspnet_isapi.dll寄宿在inetinfo.exe進(jìn)程里，或者它們中的一個將會與工作進(jìn)程隔離，如果擁有隔離權(quán)限，那么可以把Web站點和虛擬目錄隔離的級別設(shè)置為中等或者高級。當(dāng)?shù)谝粋€ASP.NET請求進(jìn)來的時候，DLL將會在另一個EXE-aspnet_wp.exe里分配一個新的進(jìn)程，然后把相關(guān)信息路由到這個新分配的進(jìn)程里。接著這個新的進(jìn)程會依次加載和寄宿.NET運行時。每一個進(jìn)入到ISAPI DLL的請求，都將通過調(diào)用命名管道路由給這個工作者進(jìn)程。

注意：IIS6與之前的Web Server不同，已經(jīng)對ASP.NET進(jìn)行了優(yōu)化處理。IIS6中使用了應(yīng)用程序池。

值得注意的是，IIS6改變了這個處理模型，IIS不再直接寄宿像ISAPI擴(kuò)展的任何外部可執(zhí)行代碼。代替的是，IIS總會保持一個單獨的工作進(jìn)程：應(yīng)用程序池。所有的處理都發(fā)生在這個進(jìn)程里，包括ISAPI dll的執(zhí)行。對于IIS6而言，應(yīng)用程序池是一個重大的改進(jìn)，因為它們允許以更小的粒度控制一個指定進(jìn)程的執(zhí)行。你可以為每一個虛擬目錄或者整個Web站點配置應(yīng)用程序池，這可以很容易的把每一個應(yīng)用程序隔離到各自的進(jìn)程里，這樣就可以把它與運行在同一臺機(jī)器上其他程序完全隔離。從Web處理的角度看，如果一個進(jìn)程死掉，至少它不會影響到其它的進(jìn)程。

另外，應(yīng)用程序池是高度可配置的。通過設(shè)置應(yīng)用程序池的執(zhí)行許可，可以配置它們的執(zhí)行安全環(huán)境。并且可以為指定的應(yīng)用程序按照相同的粒度定制這些配置。對于ASP.NET而言，IIS6最大的改進(jìn)是使用應(yīng)用程序池代替了machine.config里的ProcessModel實體的大部分功能。在IIS5里，這個實體是很難管理的，因為它的設(shè)置是全局的，而且不能夠在指定Web程序的web.config里覆蓋這些設(shè)置。當(dāng)IIS6運行的時候，ProcessModel里的大部分配置將被忽略，取而代之的是讀取應(yīng)用程序池的配置。注意我這里說的是大部分，另外的一些配置，像線程池的大小和IO線程數(shù)目等仍然需要通過這個節(jié)點配置，這是因為，在服務(wù)器的應(yīng)用程序池里沒有提供類似功能的配置。

 由于應(yīng)用程序池是在外部執(zhí)行的，所以這些執(zhí)行可以很容易的被監(jiān)控和管理。IIS6還提供了許多性能計數(shù)器，可以對重啟和超時選項進(jìn)行跟蹤。在許多情況下，這可以幫助應(yīng)用程序糾正問題。最后，IIS6的應(yīng)用程序池的實現(xiàn)不依賴COM+，正如IIS5隔離進(jìn)程一樣，這提高了程序的性能和穩(wěn)定性，特別是那些需要在內(nèi)部使用COM對象的程序。

 IIS6應(yīng)用程序池也包含了ASP.NET固有的東西，ASP.NET可以和新的底層API通信，這些API允許直接訪問HTTP緩沖存儲器的API，而HTTP緩沖存儲器的API可以直接進(jìn)入Web Server的緩沖存儲器，卸載ASP.NET級別的緩存。

 在IIS6里，ISAPI擴(kuò)展運行在應(yīng)用程序池的工作進(jìn)程里。.而NET運行時也運行在這個進(jìn)程里，所以ISAPI擴(kuò)展和.NET運行時的通信是發(fā)生在進(jìn)程內(nèi)的。這就使得比必須使用命名管道接口的IIS5具有更高的性能。盡管IIS的宿主模型不同，但是真正進(jìn)入托管代碼的接口是類似的，僅僅在獲取被路由的請求時有一些變動。

進(jìn)入.NET運行時

 進(jìn)入.NET運行時的真正登錄點發(fā)生在一些沒有正式文檔的類和接口之間。在微軟外面的世界，這些接口鮮為人知。微軟的民間也不太熱衷于討論這些細(xì)節(jié)，可能是因為他們認(rèn)為這些，對于使用ASP.NET構(gòu)建程序的開發(fā)者沒有太多的影響。

工作進(jìn)程aspnet_wp.exe（IIS5）和w3wp.exe（IIS6）宿主在.NET運行時里。ISAPI DLL通過底層的COM調(diào)用一小撮非托管類型的接口，其實，最終調(diào)用的是ISAPIRuntime派生類的實例。進(jìn)入運行時的第一個登錄點是未歸檔ISAPIRuntime類，它通過COM把接口IISAPIRuntime暴露給調(diào)用者。這些COM接口是底層的IUnknown，基于這些接口，就意味著從ISAPI擴(kuò)展到ASP.NET之間的調(diào)用屬于內(nèi)部調(diào)用。圖3是使用有名的反射工具Refector（http://www.aisto.com/roeder/dotnet/）看到的IISAPIRuntime接口的簽名。Refector是一個可以查看和反編譯程序集的工具，使用它可以很容易的查看元數(shù)據(jù)、反編譯代碼，就像圖3中看到的那樣。使用它一步一步地探究處理的過程，這是個非常不錯的方法。

如果想深入了解底層的接口，打開Refector工具，然后指向System.Web.Hosting命名空間。進(jìn)入ASP.NET的登錄點以一個托管的COM接口出現(xiàn)，該接口將在ISAPI dll里被調(diào)用。該登錄點接收一個指向ISAPI ECB非托管類型的指針。ECB擁有訪問整個ISAPI接口的權(quán)限，它可以獲取請求的數(shù)據(jù)以及把返回的數(shù)據(jù)發(fā)回IIS。

 IISAPIRuntime接口擔(dān)當(dāng)著來自于ISAPI擴(kuò)展（在IIS6里是直接通信的，在IIS5里間接的通過命名管道通信的）的非托管代碼和托管代碼之間的橋梁。如果留意一下這個類，就會發(fā)現(xiàn)ProcessRequest方法的簽名像下面的樣子：
[return: MarshalAs(UnmanagedType.I4)] int ProcessRequest([In] IntPtr ecb, [In, MarshalAs(UnmanagedType.I4)] int useProcessModel);

 ecb參數(shù)是ISAPI擴(kuò)展控制塊（extension control block），它被作為非托管資源傳給ProcessRequest方法。此方法將獲取ECB，然后把它作為基本的輸入和輸出接口，用于Request和Response對象。ISAPI ECB包含著所有底層的請求信息，這其中包括服務(wù)器變量，用于表單變量（form variables）的輸入流，以及用于寫數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端的輸出流中。一個單獨的ECB引用基本上提供了一個ISAPI請求可以訪問的所有功能。ProcessRequest既是登錄點也是登出點，在這里非托管資源最先與托管代碼相聯(lián)系。

ISAPI擴(kuò)展以異步的方式處理請求。所以，當(dāng)ISAPI擴(kuò)展調(diào)用了工作進(jìn)程或者IIS的線程后，會立即返回，但會為當(dāng)前有效的請求保留ECB。因此，ECB需要包含這樣的機(jī)制，即當(dāng)請求結(jié)束的時候通知ISAPI（通過ecb.ServerSupportFunction實現(xiàn)），然后ISAPI擴(kuò)展釋放ECB資源。接著以異步的方式立即釋放ISAPI工作線程，和卸載由ASP.NET托管的那個隔離的處理線程。

ASP.NET得到ecb引用后，會在內(nèi)部使用它來獲取當(dāng)前請求的相關(guān)信息，如服務(wù)器變量，POST的數(shù)據(jù)以及返回輸出到客戶端的數(shù)據(jù)。Ecb將繼續(xù)存活直到這個請求結(jié)束或者IIS超時,在這之前，ASP.NET將會與ecb繼續(xù)保持通信。當(dāng)請求結(jié)束的時候，輸出的內(nèi)容會寫進(jìn)ISAPI的輸出流里（通過ecb.WriteClient()實現(xiàn)）。然后ISAPI擴(kuò)展會被通知請求已經(jīng)結(jié)束，讓它知道ECB可以被釋放了。這個執(zhí)行過程是非常高效的，這是因為.NET類本質(zhì)上只是擔(dān)當(dāng)著一個相當(dāng)瘦小的包裝器，而它包裝的內(nèi)容就是具有高性能的非托管ISAPI ECB。(ITPUB)