IIS 架构(一) 李风

1.   概述

为了提高IIS的可靠性，安全性以及可用性，与IIS5.0和以前更早的版本不同，IIS6.0提供了一个全新的IIS架构。这个架构的详细情况如下图所示：

 
 
                                       （图 1） IIS 6.0整体架构

由上可以看出，IIS 6.0的内核体系主要由如下三个组件构成：HTTP.SYS，W3SVC以及W3Core。作为一个全新的架构，IIS6.0有如下让人值得关注的新特点：
 

Ø      HTTP.SYS。全新的内核监听模式。

Ø      IIS6.0新的应用程序隔离模式-工作进程隔离模式。

Ø      应用程序池。

Ø      工作进程。

Ø      Web管理服务（W3SVC）。

作为一个平台，IIS上面运行着很多web应用程序，并且提供了一系列的相关服务。在系统启动阶段，IIS以及IIS所包含的服务的启动过程如下图所示：

           （图 2） IIS的启动过程
 

2.   HTTP.SYS

2.1. 概述

HTTP.SYS 运行在windows 的内核模式下，作为驱动程序而存在。它是Windows 2003的TCP/IP网络子系统的一部分，从结构上说，它是TCP之上的一个网络驱动程序，因此，HTTP.SYS不再属于IIS，它已经从IIS中独立了出来。在TCP/IP的基础之上，HTTP.SYS的主要功能是：侦听用户的http请求（这个请求来自于TCPIP.sys驱动程序），并将请求转发给相关的web应用程序处理，最后，HTTP.SYS将处理结果返回给用户（返回到TCPIP.sys驱动程序）。

在HTTP.SYS的内部，它由如下的功能模块组成：

ü    侦听模块。

ü    应答缓存模块。

ü    请求队列。

ü    响应发送模块。

HTTP.SYS的内部组成结构图如下图：
   

              （图 3）HTTP.SYS的内部结构
 

2.2. HTTP.SYS的可靠性

作为在内核模式下运行的操作系统的驱动程序，HTTP.SYS拥有高度的可靠性和稳定性。它始终处于运行状态，能够对用户的http请求作出快速的响应。

   在内核模式下，HTTP.SYS不执行任何用户代码，它只是监听用户的http请求。这些http请求中包含了IIS上运行的web站点所使用的IP地址和端口。因为在HTTP.SYS中不运行任何的用户代码，所以即使用户的web应用程序发生了故障，也不会影响到HTTP.SYS本身，它仍然能够对用户的http请求进行监听，并及时作出反应。

在IIS 5.0或以前更早的版本中，对用户的http请求进行监听的功能是集成在Inetinfo.exe进程之中的。同时，有一部分用户代码也是运行在Inetinfo.exe进程之中的。在这种情况下，如果用户代码不稳定，或者由于其他原因导致了用户代码的崩溃，那么Inetinfo.exe也会崩溃，这就导致了IIS的不稳定性。

    在IIS 6.0 中，引入了HTTP.SYS模块，它运行在内核模式下，与Inetinfo.exe进程隔离开来，作为操作系统的驱动程序运行。因此，HTTP.SYS不会受到用户代码的影响，它始终处于稳定运行状态，对用户的http请求进行监听，并及时作出反应。IIS 6.0就是通过这种方式保证了它的稳定性和可靠性。

2.3. HTTP.SYS对请求的响应过程

HTTP.SYS监听并接收用户的http请求，之后对用户的http请求做出回应。它的具体操作流程如下图所示：
    

                      （图 4）数据请求
 

首先，用户通过浏览器对部署在IIS中的web应用程序发出http请求。经过各种处理，这个http请求最终会到达TCPIP.SYS驱动程序，TCPIP.SYS将这个请求转发给HTTP.SYS网络驱动程序。在HTTP.SYS中，它的监听模块始终在监听着网络上是否有对它的http请求，当一个http请求到达以后，监听模块会对这个http请求进行分析，并根据请求的类型的不同，将这些请求进行排队，等候应用程序池中的web应用程序对队列中的请求进行处理。

在HTTP.SYS中，它维护着一张数据配置表，在这个表中记录着URL与应用程序池之间的对应关系，HTTP.SYS会对http请求中的URL进行跟踪。也就是说，HTTP.SYS注册了所有IIS 6.0应用，并给每个工作进程赋予一个句柄，IIS内部利用这些句柄来标识、注册应用程序要用到的一个或多个名称空间。因此，当HTTP.SYS接收到一个 HTTP请求的时候，它能够很快地将请求数据包从内核模式下的HTTP.SYS传递到正确的用户模式下的Web应用。

如果在一个http数据请求包到达之后，相关的应用程序池还没有启动，那么HTTP.SYS负责将这个应用程序池启动。这种处理方式也叫做请求式启动。

当一个http请求被处理完毕之后，处理的结果会返回到HTTP.SYS中，由HTTP.SYS中的响应发送模块将这个处理结果返回到TCPIP.SYS中,并最终返回给用户。
 

2.4.HTTP.SYS对数据的缓存

如果用户对web网站上的某部分资源进行频繁的http请求的话，HTTP.SYS会把对这个请求的响应结果进行缓存。当用户下次对这部分资源进行请求的时候，HTTP.SYS会直接把在缓存中保存的响应结果直接发送给用户。从用户发送http请求到系统返回响应结果的这一过程都是HTTP.SYS在内核模式下完成的。不需要在内核模式和用户模式下进行切换，这样就极大地节省了系统资源，提高了请求的响应速度。有关HTTP.SYS数据缓存的过程如下图所示：
    
                (图 5)HTTP.SYS的缓存处理
 

2.5.HTTP.SYS的配置信息

HTTP.SYS作为网络驱动程序，它已经从IIS中分离了出来，它不再属于IIS的一部分，因此HTTP.SYS的配置数据是存储在注册表中的，而不是IIS的配置数据库中。在注册表中，HTTP.SYS的注册信息位于如下路径下面：

HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Services/HTTP。

 

2.26.HTTP.SYS的其他功能

管理TCP的连接

验证HTTP请求

记录IIS中的Web网站的日志信息

实施带宽限制策略以及支持TCP/IP级的管理

    实现客户证书请求服务

3.   W3SVC

 

3.1.概述

   与IIS 5.0不同，W3SVC已经从Inetinfo.exe进程中分离了出来，在IIS中，它将作为一个独立的进程运行。根据配置数据的设置，W3SVC负责创建工作进程(W3Core)。在工作进程的运行过程中，W3SVC还负责监视它的运行状态。

   作为一个独立运行的进程，W3SVC不包含任何第三方用户代码。所以，它不会受到web网站故障的影响，始终处于稳定的运行状态。在此前提下，W3SVC能够稳定地对web网站的运行情况进行监视，并在必要的时候采取行动。基于这一策略，服务器能够根据用户指定的参数监视和重新启动应用程序。

3.2.IIS 5.0简介

 在IIS 5.0中，web服务器进程(Inetinfo.exe)负责管理如下四个服务：

Ø      WWW服务

Ø      SMTP服务

Ø      FTP服务

Ø      NNTP服务

   其中，WWW服务负责创建，管理web应用程序的进程。同时，它还负责调度工作，即将用户的http请求转发给web应用程序，当web应用程序对用户的 http请求处理完毕后，WWW服务还负责将处理结果返回给用户。

   在web服务器进程（Inetinfo.exe）中，除了运行上面所说的四个服务外，它还可以运行第三方代码，也就是web应用程序。

   IIS 5.0中，它的架构以及各个进程之间的关系如下图所示：

  (图6)IIS 5.0简单架构图
 

在IIS 5.0中，它提供了三个不同级别的应用程序保护，他们分别是：

Ø      低级别。IIS进程内，与IIS 1.0、IIS 2.0、IIS 3.0的单一结构一样，web应用程序作为web服务器进程（Intetinfo.exe）的一部分，它在web服务器进程内部运行。这样做的好处是：提高了web应用程序的性能，能够快速的对用户的请求作出响应。但是，同时也降低了IIS的稳定性，一旦web应用程序崩溃，IIS也就同时崩溃了。

Ø      中级别。实现一个单独的缓冲池进程（名为DLLHost.exe的COM+宿主进程），这个缓冲池进程运行在Inetinfo.exe进程之外，多个web应用程序运行在缓冲池进程中。这样就实现了web应用程序与Inetinfo.exe进程的隔离。Web应用程序出现故障也不会影响到Inetinfo.exe进程。在一定程度上保证了IIS的稳定性。但是，在缓冲池进程中，一旦有一个web应用程序崩溃，那么整个缓冲池也就崩溃了，所有运行在缓冲池中的web应用程序都将停止工作。

Ø      高级别。实现一个单独的缓冲池进程（名为DLLHost.exe的COM+宿主进程），这个缓冲池进程运行在Inetinfo.exe进程之外，并且，有且仅有一个web应用程序运行在缓冲池中。这种高级别的保护，在IIS的稳定性方面，要比前两种好的多。一个web应用程序的崩溃不会影响到其他web应用程序和IIS的运行。

   在IIS信息服务管理器中，通过如下方式设置应用程序的保护级别，如下图：
   
              （图 9）性能配置
 

路径：开始菜单->管理工具->Internet信息服务管理器->应用程序池->属性。

 

在这里IIS提供了四种性能监控功能：

ü       对空闲超时的监控。如果工作进程一直处于空闲状态，那么当空闲时间达到设定的值后，W3SVC会关闭工作进程。

ü       请求队列限制。如果用户对工作进程的请求达到设定的上限后，W3SVC将会对用户的请求进行限制。

ü       CPU监视。如果工作进程对CPU的占用率超过设定的上限后，W3SVC会根据IIS的配置信息采取相应的措施。

ü       Web园。关于web园将会在后面的章节详细介绍。

 

3.4.1.2应用程序运行状况监控

在Internet信息服务管理器中，关于应用程序运行状况监控的配置如下图：

       
           （图 10）运行状况配置
     
 

路径：开始菜单->管理工具->Internet信息服务管理器->应用程序池->属性。

 

在这里，IIS对应用程序池运行状况的监控提供了四种功能：

ü       Ping。W3SVC会在设定的时间间隔内对工作线程执行Ping操作，以获取工作线程的状态信息。

ü       快速失败保护。如果在指定的时间段内，一定数目的工作进程发生失败，则W3SVC会禁用应用程序池。

ü       启动时间限制。工作进程必须在设定的时间内开始。

ü      关闭时间限制。工作进程必须在设定的时间内关闭。

3.4.2.    应用程序池回收

在Internet信息服务管理器中，关于应用程序池回收的配置如下图：
 
         （图 11）回收
 

路径：开始菜单->管理工具->Internet信息服务管理器->应用程序池->属性。

在这里，IIS提供了四种回收的方式：

ü       可以设定回收工作进程的时间间隔。

ü       可以根据对工作进程的请求数量进行回收，一但对工作进程的用户请求数量超过设定值，系统就会执行对应用程序池的回收工作。

ü       定时回收。

ü       根据内存消耗进行回收。

W3SVC对应用程序池执行回收的操作流程的描述如下：

     
           （图12）

应用程序发生故障，它通知W3SVC执行进程回收工作。

                （图 13）

W3SVC启动一个新的工作进程。旧的工作进程继续执行未完成的用户请求，但不接收新的用户请求。
     
                    （图 14）

新、旧工作进程之间通信，同步应用程序的状态信息。当新工作进程完全获得了旧工作进程中的应用程序状态信息后，它通知W3SVC，表示它已经准备好了，可以接收用户的http请求。
   
               （图 15）

旧的进程完成其未决的请求，然后正常关闭，或者如果在达到了配置的时间限制、请求数、设置的时间计划，或当达到指定的内存用量限制后仍没有关闭，则明确地终止进程。新工作进程开始正式工作，接收用户的http请求。