CLR的执行模型
将源代码编译成托管模块
公共语言运行时CLR
公共语言运行时（Common Language Runtime,CLR）是一个可由多种编程语言使用的“运行时”。它负责在执行时管理代码，提供内存管理、异常处理、线程管理等核心服务，同时又确保代码的安全性和准确性。
源码的编译过程
源码的编译过程如图所示，使用支持CLR的语言创建源代码文件，然后通过相应的编译器对源码进行语法检查和分析，生成托管模块。托管模块主要由4部分组成：PE32或PE32+头、CLR头、元数据、IL代码。
托管模块的组成部分及说明：
| 组成部分 | 说明 |
|---|---|
| PE32或PE32+头 | 标准的Windows PE文件头，标识出了文件使用何种格式、文件类型、生成时间等信息 |
| CLR头 | 包含使用这个模块成为托管模块的信息 |
| 元数据 | 主要有两种表：描述源代码中定义的类型和成员；描述源代码引用的类型和成员 |
| IL代码 | 编译器编译源代码时生成的代码 |
##将托管模块合并成程序集
CLR实际不和托管模块工作，它和程序集工作。程序集是一个或多个模块/资源文件的逻辑性分组。程序集是重用、安全性以及版本控制的最小单元。下图展示了一些托管模块和资源文件交由一个工具处理，生成代表文件逻辑分组的一个PE32(+)文件的过程。
##加载公共语言运行时
Windows检查可执行文件的文件头，决定创建32位还是64位进程，在进程地址空间加载对应版本的MSCorEE.dll文件，调用MSCorEE.dll中的方法初始化CLR，加载程序集，随后调用其入口方法，启动并运行托管应用程序。
##执行程序集的代码
为了执行程序集的代码，首先要把方法的IL转换为本机CPU指令。这是CLR的JIT(just-in-time)编译器的职责。下图展示了方法调用的执行过程。
执行步骤：
- 在Main方法执行之前，CLR会检测出Main的代码引用的所有类型。使CLR分配一个内部数据结构来管理对引用类型的访问（II），在这个数据结构中，Console类定义的每个方法都有一条对应的记录，每条记录都含有一个地址，根据此地址即可找到方法的实现。对这个结构初始化时，CLR将每个记录项都设置成包含在CLR内部的一个未编档函数，我们称之为JITCompiler。
- Main方法首次调用WriteLine时，JITCompiler函数被调用，执行III中的操作。
- 代码执行完毕后，回到Main中，继续执行下一条语句。
- 由于步骤2中已经对WriteLine的代码进行了验证和编译，所以会直接执行内存块中的代码，完全跳过JITCompiler函数。
由以上步骤可知：
- 方法仅在第一次被调用时才有一些性能损失。以后的调用都以本机代码的形式全速运行。
- JIT编译将本机CPU指令保存在动态内存中。也就是说，一旦应用程序关闭，编译好的代码也会丢失。
##本机代码生成器：NGen.exe
使用.NET Framework提供的NGen.exe工具，可以在应用程序安装时，将IL代码编译成本机代码。
优点：
- 提高应用程序的启动速度。因为已经编译成本地代码，运行时不再需要花费时间编译IL代码
- 减小应用程序的工作集。NGen.exe将IL编译成本机代码，并将这些代码保存到单独的文件夹中，该文件通过“内存映射”的方式，同时映射到多个进程地址空间中，使代码得到共享，避免每个进程都需要一份单独的代码拷贝
缺点：
- 没有知识产权保护
- NGen生成的文件可能失去同步
- 较差的执行时性能
##Framework类库
.NET Framework包含Framework类库（Framework Class Library，FCL）。FCL是一组程序集的统称。以下是常用的FCL命名空间：
| 命名空间 | 内容说明 |
|---|---|
| System | 包含每个应用程序都要用到的所有基本类型 |
| System.Data | 包含用于和数据库通信以及数据处理的类型 |
| System.IO | 包含用于执行流I/O以及浏览目录/文件的类型 |
| System.Net | 包含进行低级网络通信，并与一些常用Internet协议协作的类型 |
| System.Runtime.InteropService | 包含允许托管代码访问非托管操作系统平台功能 |
| System.Security | 包含用于保护数据和资源的类型 |
| System.Text | 包含处理各种编码文本的类型 |
| System.Threading | 包含用于异步操作和同步资源访问的类型 |
| System.Xml | 包含用于处理XML架构和数据的类型 |
##通用类型系统
CLR一切围绕类型展开。通用类型系统（Common Type System，CTS）是Microsoft制定的一套用来描述类型的定义和行为的规范。
通用类型系统的功能：
- 建立用于跨语言执行的框架
- 提供面向对象的模型，支持.NET平台上实现各种语言
- 定义处理类型时所有语言都必须遵守的一组规则
- 提供包含应用程序开发中使用的基本基元数据类型的库
CTS规范规定，一个类型可以包含零个或多个成员（字段，方法，属性，事件）。另外，CTS还指定了类型的可见性规则以及类型成员的访问规则。除此之外，CTS还为类型基础、虚方法、对象生存期等定义了响应的规则。
##公共语言规范
要创建从其他编程语言中访问的类型，只能从自己的语言中挑选其他语言都支持的功能。Microsoft定义了公共语言规范（Common Language Specification，CLS），它详细定义了最小的功能集。
CLS定义的是CLR/CTS功能的一个子集。
与非托管代码的互操作性
CLR支持三种互操作情形：
- 托管代码能调用DLL中的非托管函数
- 托管代码可以使用现有COM组件
- 非托管代码可以使用托管类型
