实现自己的ASP.NET宿主系统

杨山河

一、 宿主概念
托管是.NET的一个很基础的概念，所有的.NET应用程序代码要完全发挥作用需要进入托管的环境（CLR --Common Language Runtime），而这个环境实际上就是称作宿主(Host)为将要启动的.NET代码准备的。目前来讲windows系统上，能够担负这个重任的有3类已存程序：
1、 shell(通常是Explorer)，提供从用户桌面启动.NET程序,创建一个进程，启动此进程建立CLR
2、 浏览器宿主（Internet Explorer），处理从web下载的.NET代码执行。
3、 服务器宿主（如IIS的辅助进程ASPnet_wp.exe）
通常来讲，我们开发的ASP.NET的程序运行在IIS的环境下（实际上由一个ISAPI控制启动CLR），但实际上ASP.NET程序可以摆脱IIS单独在任何托管环境下运行。本文讨论了ASP.NET程序如何在自定义的环境中启动，希望有助于我们了解ASP.NET的执行原理，同时使我们开发的ASP.NET能够在任何.NET环境下执行，不管是服务器操作系统还是普通的桌面操作系统。

二、 IIS宿主中ASP.NET的执行分析
关于IIS中ASP.NET的执行细节，很多文章做了详尽权威的分析，本文不打算赘述，在此给出一些参考：
http://www.yesky.com/SoftChannel/72342380468043776/20030924/1731387.shtml
http://chs.gotdotnet.com/quickstart/ASPplus/doc/procmodel.ASPx
这些文章大致重点分析了：宿主环将如何启动、ASP.NET应用程序如何产生程序集、如何加载，同宿主的交互等细节。

三、 构造自己的ASP.NET宿主程序
ASP.NET是作为微软ASP的替代技术出现的，所以我们重点讨论如何通过web方式应用ASP.NET（显然还有其他方式），具体就是：我们用.NET平台的语言编写一个控制台程序，这个程序启动一个ASP.NET应用环境，执行关于ASPx的请求。具体来讲，需要做以下工作：
1、实现一个Web Server，监听所有的web请求，实现Http web hosting
2、启动一个应用程序域，创建一个ASP.NET的ApplicationHost，建立一个ASP.NET的应用程序域，另外还建立一个HttpWorkerRequest的具体实现类，该类可以处理ASPx请求，编译ASPx页，编译后的托管代码缓存入当前应用程序域，然后执行代码，得到执行结果。建议在继续阅读下文前，仔细翻查MSDN中的关于这两个类得参考说明。
System.Web.Hosting.ApplicationHost类用于建立一个独立的应用程序域。当然不是普通的应用程序域，而是为ASP.NET建立执行环境，准备需要的空间、数据结构等。仅有一个静态方法static object CreateApplicationHost(
Type host //具体的用户实现类，就是ASP.NET应用域需要加载的类
string virtualDir, //此应用域在整个web中的执行目录，虚拟目录
string physicalDir //对应的物理目录
);
而其中的host 参数指向一个具体的类，由于该类实际上属于两个应用域之间的联系类，在两个应用程序域之间编组传递数据，所以必须要继承自MarshalByRefObject，以允许在支持应用程序中跨应用程序域边界访问（至于为什么，建议翻查参考3）。
可以看到，我们需要启动两个应用程序域（web server功能应用程序域和ASP.NET 应用程序域），而这两个（应用程序）域之间通过跨（应用程序）域的流对象引用来实现，使得在ASP.NET域中执行的结果可以通过web server域返回给请求者。
可以大致下图表达
执行ASP.NET的Web服务器端










WEB客户端

代码实现分析：
using System;
using System.Web ;
using System.Web.Hosting;
using System.IO;
using System.NET;
using System.NET.Sockets ;
using System.Text ;
using System.Threading ;

namespace MyIIS
{
class ASPHostServer
{
[STAThread]
static void Main(string[] args)
{
//创建并启动服务器
MyServer myserver=new MyServer(“/”, ”c:\\inetpub\\wwwroot\\myWeb”);
}
}

class MyServer //处理HTTP协议的服务器类
{
private ASPDOTNETHost ASPnetHost; //ASP.NET host的实例
private TcpListener mytcp; //Web监听套接字
bool bSvcRunning=true; //服务是否运行指示
FileStream fs; //处理http请求的普通文本要求

public MyServer(string virtualDir ,vstring realPath)
{//在构造函数中启动web监听服务
try
{
mytcp=new TcpListener(8001);
mytcp.Start(); //启动在8001端口的监听
Console.WriteLine("服务启动...");
//利用CreateApplicationHost方法建立一个独立的应用程序域执行ASP.NET程序
ASPnetHost = ( ASPDOTNETHost )ApplicationHost.CreateApplicationHost
( typeof( ASPDOTNETHost ) , virtualDir , realPath);
Thread t=new Thread(new ThreadStart(MainSvcThread));
t.Start(); //服务线程启动 负责处理每一个客户端的请求
}
catch(NullReferenceException)
{
Console.WriteLine("NullReferenceException throwed!") ;
}
}

public void MainSvcThread() //ASP.NET Host的web服务器的主要服务线程
{
int s=0;
string strRequest; //请求信息
string strDir; //请求的目录
string strRequestFile; //请求的文件名
string strErr=""; //错误信息
string strRealDir; //实际目录
string strWebRoot=rpath; //应用根目录
string strRealFile=""; //正在请求的文件的磁盘路径
string strResponse=""; //回应响应缓冲区
string strMsg=""; //格式化响应信息
byte[] bs; //输出字节缓冲区

while(bSvcRunning)
{
Socket sck=mytcp.AcceptSocket(); //每个请求到来
if(sck.Connected)
{
Console.WriteLine("Client {0} connected!",sck.RemoteEndPoint);
byte[] bRecv=new byte[1024]; //缓冲区
int l=sck.Receive(bRecv,bRecv.Length,0);
string strBuf=Encoding.Default.GetString(bRecv); //转换成字符串，便于分析
s=strBuf.IndexOf("HTTP",1);
string httpver=strBuf.Substring(s,8); // HTTP/1.1 之类的
strRequest=strBuf.Substring(0,s-1);
strRequest.Replace("\\","/");
if((strRequest.IndexOf(".")<1) && (!strRequest.EndsWith("/")))
{
strRequest += "/";
}
s=strRequest.LastIndexOf("/")+1;
strRequestFile = strRequest.Substring(s); strDir=strRequest.Substring(strRequest.IndexOf("/"),strRequest.LastIndexOf("/")-3); //取得访问的URL
if(strDir=="/")
{
strRealDir=strWebRoot;
}
else
{
strDir=strDir.Replace("/","\\");
strRealDir=strWebRoot + strDir;
}
Console.WriteLine("Client request dir: {0}" , strRealDir);
if(strRequestFile.Length==0)
{
strRequestFile="default.htm"; //缺省文档
}
int iTotlaBytes=0; //总计需要输出的字节
strResponse=""; //输出内容
strRealFile = strRealDir +"\\"+ strRequestFile;
if(strRealFile.EndsWith(".ASPx")) //这里有Bug!!
{
string output="";
//注意我下面的语句们给host对象ProcessRequest方法传递了一个ref类型的参数，
//ASPnetHost会从ASP.NET的执行应用程序域执行一个请求后返回流给当前web server所在的域，这实际上发生了一个域间的调用
ASPnetHost.ProcessRequest (strRequestFile, ref output);//转换成字节流
bs=System.Text.Encoding.Default.GetBytes (output);
iTotlaBytes=bs.Length ; //调用套接字将执行结果返回
WriteHeader(httpver,"text/html",iTotlaBytes,"200 OK",ref sck);
FlushBuf(bs,ref sck);
}
else
{try
{
fs=new FileStream( strRealFile,FileMode.Open,FileAccess.Read,FileShare.Read );
BinaryReader reader=new BinaryReader(fs); //读取
bs=new byte[fs.Length ];
int rb;
while((rb=reader.Read(bs,0,bs.Length ))!=0)
{
strResponse =strResponse +Encoding.Default.GetString(bs,0,rb);
iTotlaBytes =iTotlaBytes+rb;
}
reader.Close();
fs.Close();
WriteHeader(httpver,"text/html",iTotlaBytes,"200 OK",ref sck);
FlushBuf(bs,ref sck);
}
catch(System.IO.FileNotFoundException )
{//假设找不到文件，报告404 WriteHeader(httpver,"text/html",iTotlaBytes,"404 OK",ref sck);
}
}
}
sck.Close(); //Http请求结束
}
}

// WriteHeader想客户端发送HTTP头
public void WriteHeader(string ver,string mime,int len,string statucode,ref Socket sck) {
string buf="";

if(mime.Length ==0)
{
mime="text/html";

buf=buf+ver+ statucode + "\r\n";
buf=buf+"Server:MyIIS"+"\r\n";
buf=buf+"Content-Type:"+mime +"\r\n";
buf=buf+"Accept-Rabges:bytes"+"\r\n";
buf=buf+"Content-Length:"+ len +"\r\n\r\n";
byte[] bs=Encoding.Default.GetBytes(buf);
FlushBuf(bs,ref sck);
}
}

// FlushBuf刷新向客户发送信息缓冲区
public void FlushBuf(byte[] bs,ref Socket sck)
{
int iNum=0;
try
{
if(sck.Connected)
{
if((iNum=sck.Send(bs,bs.Length ,0))==-1)
{
Console.WriteLine("Flush Err:Send Data err");
}
else
{
Console.WriteLine("Send bytes :{0}",iNum);
}
}
else
{
Console.WriteLine("Client diconnectioned!");
}
}
catch(Exception e)
{
Console.WriteLine("Error:{0}",e);
}
}
}

// ASPDOTNETHost类实例需要跨越两个应用程序域，所以继承自MarshalByRefObject
class ASPDOTNETHost:MarshalByRefObject
{
public void ProcessRequest( string fileName ,ref string output)
{
MemoryStream ms=new MemoryStream(); //内存流，当然为了速度
StreamWriter sw = new StreamWriter(ms); //输出
sw.AutoFlush = true; //设为自动刷新 /先构造一个HttpWorkRequest请求类，以便ASP.NET能够分析获取请求信息，同时传入一个输出流对象供ASP.NET执行期间返回html流
HttpWorkerRequest worker = new SimpleWorkerRequest( fileName, "" ,sw) ; // 调度某个页，这里面的包含很多细节，后面分析
HttpRuntime.ProcessRequest( worker ) ;
StreamReader sr= new StreamReader(ms); //准备从内存流中读取
ms.Position =0; //移动指针到头
output = sr.ReadToEnd();
}
}
}
HttpRuntime.ProcessRequest( worker ) ;包括了那些细节呢？大体上如下：
1、首先，worker对象传入给ASP.NET的应用程序域，告知发生了对于哪一个ASPx文件的请求，以及当前目录是什么，如果在执行期间发生的输出内容应该写到哪里(sw对象)。这发生一个由web server当前应用程序域到我们自己建立的ASP.NET应用程序域的跨（应用程序）域调用，还可能由于是第一次访问，会发生了全局事件、或者session事件等。
2、ASP.NET的应用程序域会检测请求的ASPx文件是否存在，不存在，就报错；如果存在还要看看代码缓存中是否存在上次编译的代码，如果存在且ASP.NET检测到不需要重新编译，会直接执行缓存中的代码；如果不存在或者代码过期需要重新编译，就需要读取ASPx文件，编译成.NET的代码，存入缓存。可能有些页存在代码和模板分离成多个文件，甚至包括一些资源文件，这些都需要读取后编译成.NET的虚拟机代码，然后在托管环境里执行。
3、执行ASP.NET的编译代码缓存中的代码，输出数据利用sw对象输出。
当然，根据不同的配置，还有很多方法的调用/事件的发生等细节不同。
如何调试运行以上程序，观察结果呢？
建立一个控制台类型工程，将上述代码录入后编译，将得到的程序拷贝在作为站点应用起始目录（譬如c:\inetpub\wwwroot\myweb）的bin子目录下，然后启动，这样在其中创建ASP.NET应用程序域才不会因为程序集加载失败而出错。建立一个asp.net工程在目录下，添加default.htm文件和测试用的test.aspx，加入.NET执行代码，然后启动IE，在地址栏分别输入：http://127.0.0.1:8001/default.htm http://127.0.0.1:8001/test.aspx感受一下执行过程。甚至你可以建立的工程中设定断点之类，仔细调试和观察其中的细节。亲手试一试吧，一定有收获的！

四、 自己构造ASP.NET宿主的意义
费了半天劲搞自己的ASP.NET宿主，对于我们有何意义呢？
首先，是大致从代码级清楚分析ASP.NET执行细节，自己学习了解执行细节，除了可以在出现ASP.NET故障可以进行精确定位和排除外，还可以帮助我们在写ASP.NET应用程序时写出更有效率和健壮的代码。
其次，我们可以提供一个思路，可以将我们的ASP.NET程序运行于低配置机器上，脱离IIS。ASP.NET的“原配”宿主IIS需要运行在Server OS上，要知道在安全专家眼中，IIS可是大隐患的源头之一。我们可以将很多传统程序利用ASP.NET编写，但脱离IIS独立执行，譬如在win98系统上执行ASP.NET。web server和ASP.NET都在托管环境中执行，相比较ISAPI建立宿主然后执行，除提高效率外，还可以使用.NET平台提供的丰富管理调控功能，写B/S程序更接近传统程序编写方式，这对于程序员来讲都是效率（编写代码的效率和执行效果效率）的保证。
另外，对于采用ASP.NET做的项目，大家可以很方便进行开发调试、运行维护、安装。即使是普通桌面程序，我们也可以通过类似制作网页的方式编写这些界面和代码，然后独立建立类似本例中的Host环境，根据用户交互请求加载执行某些页面，然后将界面在客户端通过相关组件显示出来。你可以通过此获得ASP.NET的即时编译功能和ASP.NET宿主托管环境，大量可自由使用的API，便于开发、安装、维护。毕竟，托管环境几乎准备了您需要的一切功能。

五、 参考资料
1、.NET MSDN
2、清华大学出版社《.NET网络高级编程》Andrew Krowczyk Viond Kumar原著
3、清华大学出版社《.NET框架程序设计(修订版)》Jsfftry Richter著