Ei, Kevin. O serviço do Windows usado para o mapeamento virtual é "AppHostSvc Application Application Helper". Verifique se está sendo executado corretamente e, como o problema é resolvido após a reinicialização, na próxima vez, reinicie apenas esse serviço e verifique se ele resolve temporariamente o problema.
Parece que você sabe, mas no pré-R2 você pode adicionar o usuário apenas na linha de comando, mas então você pode 'gerenciar' a partir da GUI de segurança (contanto que tudo esteja funcionando como deveria). No R2, você também pode adicioná-lo na GUI digitando o nome completo (por exemplo, IIS AppPool \ site1).