详解IIS在ASP.NET Core下的两种部署模式

2024-04-02 19:55

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KestrelServer最大的优势体现在它的跨平台的能力，如果ASP.NET CORE应用只需要部署在Windows环境下，IIS也是不错的选择。ASP.NET CORE应用针对IIS具有两种部署模式，它们都依赖于一个IIS针对ASP.NET CORE Core的扩展模块。本文提供的示例演示已经同步到《ASP.NET Core 6框架揭秘-实例演示版》）

一、ASP.NET CORE Core Module

IIS其实也是按照管道的方式来处理请求的，但是IIS管道和ASP.NET CORE中间件管道有本质的不同。对于部署在IIS中的Web应用来说，从最初接收到请求到最终将响应发出去，这段处理流程被细分为一系列固定的步骤，每个都具有一个或者两个（前置+后置）对应的事件或者回调。我们可以利用自定义的Module注册相应的事件或回调在适当的时机接管请求，并按照自己希望的方式对它进行处理。

IIS提供了一系列原生（Native）的Module，我们也可以使用任意.NET语言编写托管的Module，整合IIS和ASP.NET CORE 的这个ASP.NET CORE Core Module就是一个原生的Module。它利用注册的事件将请求从IIS管道中拦截下来，并转发给ASP.NET CORE管道进行处理。相应的安装包可以从https://dotnet.microsoft.com/permalink/dotnetcore-current-windows-runtime-bundle-installer下载。

二、 In-Process部署模式

ASP.NET CORE在IIS下有In-Process和Out-of-Process两种部署模式。In-Process模式下的ASP.NET CORE应用运行在IIS的工作进程w3wp.exe中（如果采用IIS Express，工作进程为iisexpress.exe）。如图18-7所示，ASP.NET CORE应用在这种模式下使用的服务器类型是IISHttpServer，上述的ASP.NET CORE Core Module会将原始的请求转发给这个服务器，并将后者生成响应转交给IIS服务器进行回复。

图1 In-Process部署模式

In-Process是默认采用的部署模式，所以我们不需要为此做任何设置，接下来我们就来演示一下具体的部署方式。我们在IIS的默认站点（Defaut Web Site）创建一个名为WebApp的应用，并将映射的物理路径设置为“C:\App”。然后我们创建一个空的ASP.NET CORE程序，并编写了如下这个将当前进程名称作为响应内容的演示程序。

using System.Diagnostics;
var app = WebApplication.Create(args);
app.Run(context => context.Response.WriteAsync(Process.GetCurrentProcess().ProcessName));
app.Run();

然后我们在Visual Studio的解决方案视图右键选择该项目，在弹出的菜单中选择“发布（Publish）”选项，创建一个指向“C:\App”的Publish Profile，然后执行这个Profile完成发布工作。应用发布也可以执行命令行“dotnet public”来完成。应用部署好之后，我们利用浏览器采用地址“http://localhost/webapp”访问部署好的应用，从图2所示的输出结果可以看出ASP.NET CORE应用实际上就运行在IIS的工作进程中。

图2 In-Process模式下的进程名称

如果我查看此时的部署目录（“C:\App”），会发现生成的程序集和配置文件。应用既然部署在IIS中，那么具体的配置自然定义在web.config中，如下所示的就是这个文件的内容。我们会发现所有的请求（path="*" verb="*"）都被映射到“AspNetCoreModuleV2”这个Module上，这就是上面介绍的ASP.NET CORE Core Module。至于这个Module如果启动ASP.NET CORE管道并与之交互，则由后面的<aspNetCore>配置节来控制，可以看到它将表示部署模式的hostingModel属性设置为“inprocess”。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
  <location path="." inheritInChildApplications="false">
    <system.webServer>
      <handlers>
        <add name="aspNetCore" path="*" verb="*" modules="AspNetCoreModuleV2" resourceType="Unspecified" />
      </handlers>
      <aspNetCore processPath="dotnet" arguments=".\App.dll" stdoutLogEnabled="false" stdoutLogFile=".\logs\stdout" hostingModel="inprocess" />
    </system.webServer>
  </location>
</configuration>
<!--ProjectGuid: 243DF55D-2E11-481F-AA7A-141C2A75792D-->

In-Process模式会注册如下这个IISHttpServer，对应的配置选项定义在IISServerOptions中。如果具有同步读写请求和响应主体内容的需要，我们需要将AllowSynchronousIO属性（默认为False）设置为True。如果将AutomaticAuthentication属性返回True（默认值），认证用户将自动赋值给HttpContext上下文的User属性。我们可以利用MaxRequestBodyBufferSize（默认为1,048,576）和MaxRequestBodySize属性（默认为30,000,000）设置接收请求主体的缓冲区的容量，和最大请求主体的字节数。

internal class IISHttpServer : IServer, IDisposable
{
    public IFeatureCollection Features { get; }
    public IISHttpServer(
       IISNativeApplication nativeApplication,
       IHostApplicationLifetime applicationLifetime,
       IAuthenticationSchemeProvider authentication, IOptions<IISServerOptions> options,
       ILogger<IISHttpServer> logger);
    public unsafe Task StartAsync<TContext>(IHttpApplication<TContext> application, CancellationToken cancellationToken);
    public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken);
}

public class IISServerOptions
{
    public bool 	AllowSynchronousIO { get; set; }
    public bool 	AutomaticAuthentication { get; set; }
    public string? 	AuthenticationDisplayName { get; set; }
    public int 	        MaxRequestBodyBufferSize { get; set; }
    public long? 	MaxRequestBodySize { get; set; }
}

针对IISHttpServer的注册实现在IWebHostBuilder接口如下这个UseIIS扩展方法中。由于这个方法并没有提供一个Action<IISServerOptions>委托参数对IISServerOptions配置选项进行设置，所以我们不得不采用原始的对它进行设置。由于IHostBuider接口ConfigureWebHostDefaults扩展方法内部会调用这个方法, 我们并不需要为此做额外的工作。

public static class WebHostBuilderIISExtensions
{
    public static IWebHostBuilder UseIIS(this IWebHostBuilder hostBuilder);
}

三、Out-of-Process部署模式

ASP.NET CORE应用在IIS中还可以采用Out-of -Process模式进行部署。如图3所示，在这种部署下，采用KestrelServer的ASP.NET CORE应用运行在独立的dotnet.exe进程中。当IIS接受到针对目标应用的请求时，如果目标应用所在的进程并未启动，ASP.NET CORE Core Module还负责执行dotnet命令激活此进程，相当于充当了WAS（Windows Activation Service）的作用。

图3 Out-of-Process部署模式

在激活ASP.NET CORE承载进程之前，ASP.NET CORE Core Module会选择一个可用的端口号，该端口号和当前应用的路径（该路径将作用ASP.NET CORE应用的PathBase）被写入环境变量，对应的环境变量名称分别为“ASPNETCORE_PORT”和“ASPNETCORE_APPL_PATH”。以Out-of-Process模式部署的ASP.NET CORE应用只会接收IIS转发给它的请求，为了能够过滤其它来源的请求，ASP.NET CORE Core Module会生成一个Token并写入环境变量“ASPNETCORE_TOKEN”。后续转发的请求会利用一个报头“MS-ASPNETCORE-TOKEN”传递此Token，ASP.NET CORE应用会校验是否与之前生成的Token匹配。

ASP.NET CORE Core Module还会利用环境变量传递其他一些设置，认证方案会写入环境变量“ASPNETCORE_IIS_HTTPAUTH”，另一个“ASPNETCORE_IIS_WEBSOCKETS_SUPPORTED”环境变量用来设置针对Web Socket的支持状态。由于这些环境变量名称的前缀都是“ASPNETCORE_”，所以它们会作为默认配置源。KestrelServer最终会绑定到基于该端口的本地终结点（“localhost”）进行监听。由于监听地址是由ASP.NET CORE Core Module控制的，所以它只需要将请求往该地址进行转发，最终将接收到响应交给IIS返回即可。由于这里涉及本地回环网络（Loopback）的访问，其性能自然不如In-Process部署模式。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
  <location path="." inheritInChildApplications="false">
    <system.webServer>
      <handlers>
        <add name="aspNetCore" path="*" verb="*" modules="AspNetCoreModuleV2"resourceType="Unspecified" />
      </handlers>
      <aspNetCore processPath="dotnet" arguments=".\App.dll" stdoutLogEnabled="false" stdoutLogFile=".\logs\stdout" hostingModel="outofprocess" />
    </system.webServer>
  </location>
</configuration>

我们在上面演示了In-Process的部署方式，现在我们直接修改配置文件web.config，按照上面的方式将<aspNetCore>配置节的hostingModel属性设置为“outofprocess”，部署的应用就自动切换到Out-of-Process。此时再次以相同的方式访问部署的应用，我们会发现浏览器上显示的进程名称变成了“dotnet”。

图4 Out-of-Process模式下的进程名称

部署模式可以直接定义在项目文件中，如果按照如下的方式将AspNetCoreHostingModel属性设置为“OutOfProcess”，那么发布后生成的web.config中针对部署模式的设置将随之改变。该属性默认值为“InProcess”，我们也可以显式进行设置。

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk.Web">
    <PropertyGroup>
        <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
        <Nullable>enable</Nullable>
        <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
        <NoDefaultLaunchSettingsFile>true</NoDefaultLaunchSettingsFile>
        <AspNetCoreHostingModel>OutOfProcess</AspNetCoreHostingModel>
   </PropertyGroup>
</Project>

为了进一步验证上述的这一系列环境变量是否存在，如下所示的演示程序会将以“ASPNETCORE_”为前缀的环境变量作为响应内容输出来。除此之外，作为响应输出的还有进程名称、请求的PathBase和“MS-ASPNETCORE-TOKEN”报头。

using System.Diagnostics;
using System.Text;
var app = WebApplication.Create(args);
app.Run(HandleAsync);
app.Run();
Task HandleAsync(HttpContext httpContext)
{
    var request = httpContext.Request;
    var configuration = httpContext.RequestServices.GetRequiredService<IConfiguration>();
    var builder = new StringBuilder();
    builder.AppendLine($"Process: {Process.GetCurrentProcess().ProcessName}");
    builder.AppendLine($"MS-ASPNETCORE-TOKEN: {request.Headers["MS-ASPNETCORE-TOKEN"]}");
    builder.AppendLine($"PathBase: {request.PathBase}");
    builder.AppendLine("Environment Variables");
    foreach (string key in Environment.GetEnvironmentVariables().Keys)
    {
        if (key.StartsWith("ASPNETCORE_"))
        {
            builder.AppendLine($"\t{key}={Environment.GetEnvironmentVariable(key)}");
        }
    }
    return httpContext.Response.WriteAsync(builder.ToString());
}

应用重新发布之后，再次利用浏览器访问后回得到如图5所示的结果。我们可以从这里找到上述的环境变量，请求携带的“MS-ASPNETCORE-TOKEN”报头正好与对应环境变量的值一致，应用在IIS中的虚拟目录作为了应用路径被写入环境变量并成为请求的PathBase。如果站点提供了HTTPS终结点，其端口还会写入“SPNETCORE_ANCM_HTTPS_PORT”这个环境变量，这是为了实现针对HTTPS终结点的重定向而设计的。

图5 Out-of-Process模式下环境变量

Out-of-Process部署的大部分实现都是由如下这个IISMiddleware中间件来完成的，IISOptions为对应的配置选项。IISMiddleware中间件完成了针对“配对Token”的验证过滤非IIS转发的请求。如果IISOptions配置选项的ForwardClientCertificate属性返回True（默认值），此中间件会从请求报头“MS-ASPNETCORE-CLIENTCERT”中提取客户端证书，并将它保存到ITlsConnectionFeature特性中。该中间件还会将当前Windows账号对应的WindowsPrincipal对象附加到HttpContext上下文的特性集合中，如果IISOptions配置选项的AutomaticAuthentication属性返回True（默认值），该对象会直接赋值给HttpContext上下文的User属性。

public class IISMiddleware
{
    public IISMiddleware(RequestDelegate next, ILoggerFactory loggerFactory,
        IOptions<IISOptions> options, string pairingToken,
        IAuthenticationSchemeProvider authentication,
        IHostApplicationLifetime applicationLifetime);
    public IISMiddleware(RequestDelegate next, ILoggerFactory loggerFactory,
        IOptions<IISOptions> options, string pairingToken, bool isWebsocketsSupported,
        IAuthenticationSchemeProvider authentication,
        IHostApplicationLifetime applicationLifetime);
    public Task Invoke(HttpContext httpContext);
    public Task Invoke(HttpContext httpContext)
}

public class IISOptions
{
    public bool AutomaticAuthentication { get; set; }
    public string? AuthenticationDisplayName { get; set; }
    public bool ForwardClientCertificate { get; set; }
}

IIS利用WAS根据请求激活工作进程w3wp.exe。如果站点长时间未曾访问，它还会自动关闭工作进程。如果工作进程都关闭了，承载ASP.NET CORE应用的dotnet.exe进程自然也应该关闭。为了关闭应用承载进程，ASP.NET CORE Core Module会发送一个特殊的请求，该请求携带一个值为“shutdown”的“MS-ASPNETCORE-EVENT”报头，IISMiddleware中间件在接收到该请求时会利用注入的IHostApplicationLifetime对象关闭当前应用。如果不支持WebSocket，该中间件还会将代表“可升级到双向通信”的IHttpUpgradeFeature特性删除。将应用路径设置为请求的PathBase也是由这个中间件完成的。由于IISMiddleware中间件所作的实际上是对HttpContext上下文进行初始化的工作，所以它必须优先执行才有意义，为了将此中间件置于管道的前端，如下这个IISSetupFilter被定义出来完成对该中间件的注册。

internal class IISSetupFilter : IStartupFilter
{
    internal IISSetupFilter(string pairingToken, PathString pathBase, bool isWebsocketsSupported);
    public Action<IApplicationBuilder> Configure(Action<IApplicationBuilder> next);
}

IISSetupFilter最终是通过IWebHostBuilder接口如下这个UseIISIntegration扩展方法进行注册的。这个方法还负责从当前配置和环境变量提取端口号，并完成监听地址的注册。由于KestrelServer默认会选择注册到服务器上的终结点，所以该方法会利用配置将IServerAddressesFeature特性的PreferHostingUrls属性设置为True，这里设置的监听地址才会生效。这个方法还会根据当前IIS站点的设置对IISOptions作相应设置。由于IHostBuider接口ConfigureWebHostDefaults扩展方法内部也会调用这个方法，我们并不需要为此做额外的工作。

public static class WebHostBuilderIISExtensions
{
    public static IWebHostBuilder UseIISIntegration(this IWebHostBuilder hostBuilder);
}

四、<aspnetcore>配置

不论是采用何种部署模式，相关的配置都定义在部署目录下的web.config配置文件，它提供的针对ASP.NET CORE Core Module的映射使我们能够将ASP.NET CORE应用部署在IIS中。在web.config中，与ASP.NET CORE应用部署相关的配置定义在<aspNetCore>配置节中。

<aspNetCore
    processPath 		= "dotnet"
    arguments 			= ".\App.dll"
    stdoutLogEnabled 		= "false"
    stdoutLogFile 		= ".\logs\stdout"
    hostingModel		= "outofprocess"
    forwardWindowsAuthToken	= "true"
    processesPerApplication	= "10"
    rapidFailsPerMinute	= "5"
    requestTimeout		= "00:02:00"
    shutdownTimeLimit		= "60"
    startupRetryCount		= "3"
    startupTimeLimit		= "60">
    <environmentVariables>
        <environmentVariable name = "ASPNETCORE_ENVIRONMENT" value = "Development"/>
    </environmentVariables>
    <handlerSettings>
        <handlerSetting name = "stackSize" value = "2097152" />
        <handlerSetting name = "debugFile" value = ".\logs\aspnetcore-debug.log" />
        <handlerSetting name = "debugLevel" value = "FILE,TRACE" />
    </handlerSettings>
</aspNetCore>

上面这段XML片段包含了完整的<aspNetCore>配置属性，下表对这些配置进行了简单的说明。设置的文件可以采用绝对路径和相对于部署目录（通过 “.”表示）的相对路径。

属性	含　　义
processPath	ASP.NET CORE应用启动命令所在路径，必需。
arguments	ASP.NET CORE应用启动传入的参数，可选。
stdoutLogEnabled	是否将stdout 和stderr输出到 stdoutLogFile属性指定的文件，默认为False。
stdoutLogFile	作为stdout 和stderr输出的日志文件，默认为“ aspnetcore-stdout”。
hostingModel	部署模式，“inprocess/InProcess”或者“outofprocess/OutOfProcess”（默认值）。
forwardWindowsAuthToken	是否转发Windows认证令牌，默认为True。
processesPerApplication	承载ASP.NET CORE应用的进程（ processPath）数，默认为1。该配置对In-Process模式无效。
rapidFailsPerMinute	ASP.NET CORE应用承载进程（ processPath）每分钟允许崩溃的次数，默认为10，超过此数量将不再试图重新启动它。
requestTimeout	请求处理超时时间，默认为2分钟。
startupRetryCount	ASP.NET CORE应用承载进程启动重试次数，默认为2次。
startupTimeLimit	ASP.NET CORE应用承载进程启动超时时间（单位为秒），默认为120秒。
environmentVariables	设置环境变量。
handlerSettings	为ASP.NET CORE Core Module提供额外的配置。