在2007年9月份，我曾經寫了三篇詳細介紹IIS架構和ASP.NET運行時管道的文章，深入介紹了IIS 5.x與IIS 6.0HTTP請求的監聽與分發機制，以及ASP.NET運行時管道對HTTP請求的處理流程：

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

很多人留言為何沒有IIS 7的介紹。在寫作《WCF深入剖析》中，為了剖析基于IIS的WCF服務寄宿（Hosting），再次對相關內容進行了研究，在這里一并與大家分享。

IIS 5.x與ASP.NET

我們先來看看IIS 5.x是如何處理基于ASP.NET資源（比如.aspx,.asmx等）請求的，整個過程基本上可以通過圖1體現。

IIS 5.x運行在進程InetInfo.exe中，在該進程中一個最重要的服務就是名為World Wide Web Publishing Service（簡稱W3SVC）的Windows Service。W3SVC的主要功能包括HTTP請求的監聽、工作進程的管理以及配置管理（通過從Metabase中加載相關配置信息）等。

當檢測到某個HTTP Request后，先根據擴展名判斷請求的是否是靜態資源（比如.html,.img,.txt,.xml等），如果是則直接將文件內容以HTTP Response的形式返回。如果是動態資源（比如.aspx,asp,php等等），則通過擴展名從IIS的腳本影射（Script Map）找到相應的ISAPI Dll。

 圖1 IIS 5.x與ASP.NET 

ISAPI是Internet服務器API（Internet Server Application Programming Interface）的縮寫，是一套本地的（Native）Win32 API，具有較高的執行性能,是IIS和其他動態Web應用或者平臺之間的紐帶。比如ASP ISAPI橋接IIS與ASP，而ASP.NET ISAPI則連接著IIS與ASP.NET。ISPAI定義在一個Dll中，ASP.NET ISAPI對應的Dll為Aspnet_isapi.dll,你可以在目錄“%windir%\Microsoft.NET\Framework\{version no}\”中找到該Dll。

ISAPI支持ISAPI擴展（ISAPI Extension）和ISAPI篩選（ISAPI Filter），前者是真正處理HTTP請求的接口，后者則可以在HTTP請求真正被處理之前查看、修改、轉發或者拒絕請求，比如IIS可以利用ISAPI篩選進行請求的驗證（Authentication）。

如果我們請求的是一個基于ASP.NET的資源類型，比如：.aspx Web Page、 .asmx Web Service或者.svc WCF Service等，Aspnet_isapi.dll會被加載，ASP.NET ISAPI擴展會創建ASP.NET的工作進程（如果該進程尚未啟動），對于IIS 5.x來說，該工作進程為aspnet.exe。IIS進程與工作進程之間通過命名管道（Named Pipes）進程通信，以獲得最好的性能。

在工作進程初始化過程中，.NET 運行時（CLR）被加載，從而構建了一個托管的環境。對于某個Web應用的初次請求，CLR會為其創建一個AppDomain。在此AppDomain中，HTTP運行時（HTTP Runtime）被加載并用以創建相應的應用。對于寄宿于IIS 5.x的所有Web 應用都運行在同一個進程（工作進程Aspnet_wp.exe）的不同AppDomain中。

IIS 6與ASP.NET

通過上面的介紹，我們可以看出IIS 5.x至少存在著如下兩個方面的不足：

• ISAPI Dll被加載到InetInfo.exe進程中，它和工作進程之間是一種典型的跨進程通信方式，盡管采用性能最好的命名管道，但是仍然會帶來性能的瓶頸；
• 所有的ASP.NET應用，運行在相同的進程（aspnet_wp.exe）中的不同的應用程序域（AppDomain）中，基于應用程序域的隔離級別不能從根本上解決一個應用程序對另一個程序的影響，在更多的時候，我們需要不同的Web應用運行在不同的進程中。

在IIS 6.0中，為了解決第一個問題，ISAPI.dll被直接加載到工作進程中。為了解決第2個問題，引入了應用程序池（Application Pool）的機制。我們可以為一個或者多個Web應用創建應用程序池，每一個應用程序池對應一個獨立的工作進程，從而為運行在不同應用程序池中的Web應用提供基于進程的隔離級別。IIS 6.0的工作進程名稱為w3wp.exe。

當然，除了上面兩點改進之外，IIS 6.0還有其他一些值得稱道的地方，其中最重要的一點就是創建了一個新的HTTP監聽器：HTTP協議棧（HTTP Protocol Stack，HTTP.SYS）。HTTP.SYS運行在Windows的內核模式（Kernel Mode）下，作為驅動程序而存在。它是Windows 2003的TCP/IP網絡子系統的一部分，從結構上，它屬于TCP之上的一個網絡驅動程序。嚴格地說，HTTP.SYS已經不屬于IIS的范疇了，所以HTTP.SYS的配置信息并不保存在IIS的元數據庫（Metabase），而是定義在注冊表中。HTTP.SYS的注冊表項位于下面的路徑中：HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Services/HTTP。HTTP.SYS能夠帶來如下的好處：

• 持續監聽：由于HTTP.SYS是一個網絡驅動程序，始終處于運行狀態，對于用戶的HTTP請求，能夠及時作出反應；
• 更好的穩定性：HTTP.SYS運行在操作系統內核模式下，并不執行任何用戶代碼，所以其本身不會受到Web應用、工作進程和IIS進程的影響；
• 內核模式下數據緩存：如果某個資源被頻繁請求，HTTP.SYS會把響應的內容進行緩存，緩存的內容可以直接響應后續的請求。由于這是基于內核模式的緩存，不存在內核模式和用戶模式的切換，響應速度將得到極大的改進。

圖2體現了IIS的結構和處理HTTP請求的流程。從中可以看出，與IIS 5.x不同，W3SVC從InetInfo.exe進程脫離出來（對于IIS6.0來說，InetInfo.exe基本上可以看作單純的IIS管理進程），運行在另一個進程SvcHost.exe中。不過W3SVC的基本功能并沒有發生變化，只是在功能的實現上作了相應的改進。與IIS 5.x一樣，元數據庫（Metabase）依然存在于InetInfo.exe進程中。

 圖2 IIS 6與ASP.NET

當HTTP.SYS監聽到用戶的HTTP請求后，將其分發給W3SVC。W3SVC解析出請求的URL，并根據從Metabase獲取的URL與Web應用之間的映射關系得到目標應用，并進一步得到目標應用運行的應用程序池或者工作進程。如果工作進程不存在（尚未創建或者被回收），則為該請求創建新的工作進程，工作進程的這種創建方式被稱為請求式創建。在工作進程的初始化過程中，相應的ISAPI.dll被加載，對于ASP.NET應用來說，被加載的ISAPI.dll為Aspnet_ispai.dll。ASP.NET ISAPI再負責進行CLR的加載、AppDomain創建、Web Application的初始化等。

IIS 7.0與ASP.NET

IIS 7.0對請求的監聽和分發機制上又進行了革新性的改進，主要體現在對于Windows進程激活服務（Windows Process Activation Service，WAS）的引入，將原來（IIS 6.0）W3SVC承載的部分功能分流給了WAS。具體來說，通過上面的介紹，我們知道對于IIS 6.0來說，W3SVC主要承載著三大功能：

• HTTP請求接收：接收HTTP.SYS監聽到的HTTP請求；
• 配置管理：從元數據庫（Metabase）中加載配置信息對相關組件進行配置；
• 進程管理：創建、回收、監控工作進程。

在IIS 7.0，后兩組功能被移入WAS中，接收HTTP請求的任務依然落在W3SVC頭上。WAS的引入為IIS 7.0一項前所未有的特性：同時處理HTTP和非HTTP請求。在WAS中，通過一個重要的接口：監聽器適配器接口（Listener Adapter Interface）抽象出不同協議監聽器監聽到的請求。至于IIS下的監聽器，除了基于網絡驅動的HTTP.SYS提供HTTP請求監聽功能外，WCF提供了3種類型的監聽器：TCP監聽器、命名管道（Named Pipes）監聽器和MSMQ監聽器，分別提供了基于TCP、命名管道和MSMQ傳輸協議的監聽功能。與此3種監聽器相對的，是3種監聽器適配器（Adapter）提供監聽器與監聽器適配器接口之間的適配。從這個意義上講，IIS 7.0中的W3SVC更多地為HTTP.SYS起著監聽適配器的功能。WCF提供的這3種監聽器和監聽適配器定義在程序集SMHost.exe中，你可以通過下面的目錄找到該程序集：%windir%\Microsoft.NET\Framework\v3.0\Windows Communication Foundatio。

WCF提供的這3種監聽器和監聽適配器最終以Windows Service的形式體現，雖然它們定義在一個程序集中，我們依然通過服務工作管理器（SCM，Service Control Manager）對其進行單獨的啟動、終止和配置。SMHost.exe提供了4個重要的Windows Service：

• NetTcpPortSharing：為WCF提供TCP端口共享，關于端口共享；
• NetTcpActivator：為WAS提供基于TCP的激活請求，包含TCP監聽器和對應的監聽適配器；
• NetPipeActivator：為WAS提供基于命名管道的激活請求，包含命名管道監聽器和對應的監聽適配器；
• NetMsmqActivator：為WAS提供基于MSMQ的激活請求，包含MSMQ監聽器和對應的監聽適配器。

圖3為上述的4個Windows Service在服務控制管理器（SCM）中的呈現。

圖3 定義在SMHost.exe中的Windows Service

圖4揭示了IIS 7.0的整體構架以及整個請求處理流程。無論是從W3SVC接收到的HTTP請求，還是通過WCF提供的監聽適配器接收到的請求，最終都會傳遞到WAS。如果相應的工作進程（或者應用程序池）尚未創建，其創建之；否則將請求分發給對應的工作進程進行后續的處理。WAS在進行請求處理過程中，通過內置的配置管理模塊加載相關的配置信息對相關的組建進行配置，與IIS 5.x和IIS 6.0基于Metabase的配置信息存儲不同的是，IIS 7.0大都將配置信息存放于XML形式的配置文件中。基本的配置存放在applicationHost.cofig中。

ASP.NET集成

從上面對IIS 5.x和IIS 6.0的介紹中，我們不難發現這一點，IIS與ASP.NET是兩個相互獨立的管道（Pipeline），在各自管轄范圍內，它們各自具有自己的一套機制對HTTP請求進行處理。兩個管道通過ISAPI實現“聯通”：IIS是第一道屏障，當對HTTP請求進行必要的前期處理（比如身份驗證等）后，通過ISAPI將請求分發給ASP.NET管道。當ASP.NET在自身管道范圍內完成對HTTP請求的處理后，處理后的結果再返回到IIS，IIS對其進行后期處理（比如日志記錄、壓縮等），最終生成HTTP響應（HTTP Response）。從另一個角度講，IIS運行在非托管的環境中，而ASP.NET管道則是托管的，從這個意義上講，ISAPI還是連接非托管環境和托管環境的紐帶。圖5反映了IIS 6.0與ASP.NET之間的橋接關系。

圖5 基于IIS 6.0與ASP.NET雙管道設計

IIS 5.x和IIS 6.0下把兩個管道進行隔離至少帶來了下面一些局限與不足：

• 相同操作的重復執行：IIS與ASP.NET之間具有一些重復的操作，比如身份驗證；
• 動態文件與靜態文件處理的不一致：因為只有基于ASP.NET的動態文件（比如.aspx、.asmx、.svc等等）的HTTP請求才能通過ASP.NET ISAPI進入ASP.NET管道，而對于一些靜態文件（比如.html、.xml、.img等）的請求，則由IIS直接響應，那么ASP.NET管道中的一些功能將不能用于這些基于靜態文件的請求，比如，我們希望通過Forms認證應用于基于圖片文件的請求；
• IIS難以擴展：對于IIS的擴展基本上就體現在自定義ISAPI，但是對于大部分人來說，這不是一件容易的事情。因為ISAPI是基于Win32的非托管的API，并非一種面向應用的編程接口。通常我們希望的是諸如定義ASP.NET的HttpModule和HttpHandler一樣，通過托管代碼的方式來擴展IIS。

對于Windows平臺下的IIS來講，ASP.NET無疑是一等公民，它們之間不應該是“井水不犯河水”的關系，而應該是“你中有我，我中有你”的關系。為此，在IIS 7.0中，實現了兩者的集成。對于集成模式下的IIS 7.0，我們獲得如下的好處。

• 允許我們通過本地代碼（Native Code）和托管代碼（Managed Code）兩種方式定義IIS Module，這些IIS Module注冊到IIS中形成一個通用的請求處理管道。由這些IIS Module組成的這個管道能夠處理所有的請求，不論請求基于怎樣的資源類型。比如，可以將FormsAuthenticationModule提供的Forms認證應用到基于.aspx，CGI和靜態文件的請求。
• 將ASP.NET提供的一些強大的功能應用到原來難以企及的地方，比如將ASP.NET的URL重寫功能置于身份驗證之前；
• 采用相同的方式去實現、配置、檢測和支持一些服務器特性（Feature），比如Module、Handler映射、錯誤定制配置（Custom Error Configuration）等。

圖6 基于IIS 7.0與ASP.NET集成管道設計

圖6演示了在ASP.NET集成模式下，IIS整個請求處理管道的結構。我們可以看到，原來ASP.NET提供的托管組件可以直接應用在IIS管道中。

ASP.NET管道

以IIS 6.0為例，在工作進程w3wp.exe中，利用Aspnet_ispai.dll加載.NET運行時（如果.NET運行時尚未加載）。IIS 6引入了應用程序池的概念，一個工作進程對應著一個應用程序池。一個應用程序池可以承載一個或者多個Web應用，每個Web應用映射到一個IIS虛擬目錄。與IIS 5.x一樣，每一個Web應用運行在各自的應用程序域中。

如果HTTP.SYS接收到的HTTP請求是對該Web應用的第一次訪問，當成功加載了運行時后，會通過AppDomainFactory為該Web應用創建一個應用程序域（AppDomain）。隨后，一個特殊的運行時IsapiRuntime被加載。IsapiRuntime定義在程序集System.Web中，對應的命名空間為System.Web.Hosting。IsapiRuntime會接管該HTTP請求。

IsapiRuntime會首先創建一個IsapiWorkerRequest對象，用于封裝當前的HTTP請求，并將該IsapiWorkerRequest對象傳遞給ASP.NET運行時：HttpRuntime，從此時起，HTTP請求正式進入了ASP.NET管道。根據IsapiWorkerRequest對象，HttpRuntime會創建用于表示當前HTTP請求的上下文（Context）對象：HttpContext。

隨著HttpContext被成功創建，HttpRuntime會利用HttpApplicationFactory創建新的或者獲取現有的HttpApplication對象。實際上，ASP.NET維護著一個HttpApplication對象池，HttpApplicationFactory從池中選取可用的HttpApplication用戶處理HTTP請求，處理完畢后將其釋放到對象池中。HttpApplicationFactory負責處理當前的HTTP請求。

在HttpApplication初始化過程中，會根據配置文件加載并初始化相應的HttpModule對象。對于HttpApplication來說，在它處理HTTP請求的不同的階段會觸發不同的事件（Event），而HttpModule的意義在于通過注冊HttpApplication的相應的事件，將所需的操作注入整個HTTP請求的處理流程。ASP.NET的很多功能，比如身份驗證、授權、緩存等，都是通過相應的HttpModule實現的。

而最終完成對HTTP請求的處理實現在另一個重要的對象中：HttpHandler。對于不同的資源類型，具有不同的HttpHandler。比如.aspx頁對應的HttpHandler為System.Web.UI.Page，WCF的.svc文件對應的HttpHandler為System.ServiceModel.Activation.HttpHandler。上面整個處理流程如圖7所示。

圖7 ASP.NET 處理管道

HttpApplication

HttpApplication是整個ASP.NET基礎架構的核心，它負責處理分發給它的HTTP請求。由于一個HttpApplication對象在某個時刻只能處理一個請求，只有完成對某個請求的處理后，HttpApplication才能用于后續的請求的處理。所以，ASP.NET采用對象池的機制來創建或者獲取HttpApplication對象。具體來講，當第一個請求抵達的時候，ASP.NET會一次創建多個HttpApplication對象，并將其置于池中，選擇其中一個對象來處理該請求。當處理完畢，HttpApplication不會被回收，而是釋放到池中。對于后續的請求，空閑的HttpApplication對象會從池中取出，如果池中所有的HttpApplication對象都處于繁忙的狀態，ASP.NET會創建新的HttpApplication對象。

HttpApplication處理請求的整個生命周期是一個相對復雜的過程，在該過程的不同階段會觸發相應的事件。我們可以注冊相應的事件，將我們的處理邏輯注入到HttpApplication處理請求的某個階段。我們接下來介紹的HttpModule就是通過HttpApplication事件注冊的機制實現相應的功能的。表1按照實現的先后順利列出了HttpApplication在處理每一個請求時觸發的事件名稱。

表1

對于一個ASP.NET應用來說，HttpApplication派生于global.asax文件，我們可以通過創建global.asax文件對HttpApplication的請求處理行為進行定制。global.asax采用一種很直接的方式實現了這樣的功能，這種方式既不是我們常用的方法重寫（Method Overriding）或者事件注冊，而是直接采用方法名匹配。在global.asax中，我們按照這樣的方法命名規則進行事件注冊：Application_{Event Name}。比如Application_BeginRequest方法用于處理HttpApplication的BeginRequest事件。如果通過VS創建一個global.asax文件，下面是默認的定義。

<%@ Application Language="C#" %>

HttpModule

ASP.NET為創建各種.NET Web應用提供了強大的平臺，它擁有一個具有高度可擴展性的引擎，并且能夠處理對于不同資源類型的請求。那么，是什么成就了ASP.NET的高可擴展性呢？ HttpModule功不可沒。

從功能上講，HttpModule之于ASP.NET，就好比ISAPI Filter之于IIS一樣。IIS將接收到的請求分發給相應的ISAPI Extension之前，注冊的ISAPI Filter會先截獲該請求。ISAPI Filter可以獲取甚至修改請求的內容，完成一些額外的功能。與之相似地，當請求轉入ASP.NET管道后，最終負責處理該請求的是與請求資源類型相匹配的HttpHandler對象，但是在Handler正式工作之前，ASP.NET會先加載并初始化所有配置的HttpModule對象。HttpModule在初始化的過程中，會將一些功能注冊到HttpApplication相應的事件中，那么在HttpApplication整個請求處理生命周期中的某個階段，相應的事件會被觸發，通過HttpModule注冊的事件處理程序也得以執行。

所有的HttpModule都實現了IHttpModule接口，下面是IHttpModule的定義。其中Init方法用于實現HttpModule自身的初始化，該方法接受一個HttpApplication對象，有了這個對象，事件注冊就很容易了。

public interface IHttpModule
{
void Dispose();
void Init(HttpApplication context);
}

ASP.NET提供的很多基礎構件（Infrastructure）功能都是通過相應的HttpModule實現的，下面類列出了一些典型的HttpModule:

• OutputCacheModule：實現了輸出緩存（Output Caching）的功能；
• SessionStateModule：在無狀態的HTTP協議上實現了基于會話（Session）的狀態；
• WindowsAuthenticationModule + FormsAuthenticationModule + PassportAuthentication- Module：實現了3種典型的身份認證方式：Windows認證、Forms認證和Passport認證；
• UrlAuthorizationModule + FileAuthorizationModule：實現了基于Uri和文件ACL（Access Control List）的授權。

而另外一個重要的HttpModule與WCF相關，那么就是System.ServiceModel. Activation.HttpModule。HttpModule定義在System.ServiceModel程序集中，在默認的情況下，HttpModule完成了基于IIS的寄宿工作。

除了這些系統定義的HttpModule之外，我們還可以自定義HttpMoudle。通過Web.config，我們可以很容易地將其注冊到我們的Web應用中。

HttpHandler

如果說HttpModule相當于IIS的ISAPI Filter的話，我們可以說HttpHandler則相當于IIS的ISAPI Extension，HttpHandler在ASP.NET中扮演請求的最終處理者的角色。對于不同資源類型的請求，ASP.NET會加載不同的Handler來處理，也就是說.aspx page與.asmx web service對應的Handler是不同的。

所有的HttpHandler都實現了接口IHttpHandler。下面是IHttpHandler的定義，方法ProcessRequest提供了處理請求的實現。

public interface IHttpHandler
{
void ProcessRequest(HttpContext context);
bool IsReusable { get; }
}

對于某些HttpHandler，具有一個與之相關的HttpHandlerFactory，用于創建或者獲取相應的HttpHandler。HttpHandlerFactory實現接口IHttpHandlerFactory，方法GetHandler用于創建新的HttpHandler，或者獲取已經存在的HttpHandler。

public interface IHttpHandlerFactory
{
IHttpHandler GetHandler(HttpContext context, string requestType, string url, string pathTranslated);
void ReleaseHandler(IHttpHandler handler);
}

HttpHandler和HttpHandlerFactory的類型都可以通過相同的方式配置到Web.config中。下面一段配置包含對3種典型的資源類型的HttpHandler配置：.aspx,.asmx和.svc。可以看到基于WCF Service的HttpHandler類型為：System.ServiceModel.Activation.HttpHandler。

xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
<system.web>
<httpHandlers>
<add path="*.svc" verb="*" type="System.ServiceModel.Activation.HttpHandler, System.ServiceModel, Version=3.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089" validate="false"/>
<add path="*.aspx" verb="*" type="System.Web.UI.PageHandlerFactory" validate="True"/>
<add path="*.asmx" verb="*" type="System.Web.Services.Protocols.WebServiceHandlerFactory, System.Web.Services, Version=2.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b03f5f7f11d50a3a" validate="False"/>
httpHandlers>
system.web>
configuration>