CLR的执行模型(C#)

好好学习底层运行机制，从CLR via C# 开始。

CLR的执行模型：

    CLR：Common Language Runtime，是一个可由多种编程语言使用的“运行时”。CLR的核心功能（比如内存管理、程序集加载、安全性、异常处理和线程同步）可由面向CLR的所有语言(C#,Visual Basic,F#等)使用。

1.将源代码编译成托管模块：                                                  

    CLR根本不关心开发人员用那一种语言来写源代码，说明我我们写C#代码的时候肯定还经过一定的步骤才能跟CLR，于是就需要相应的面向CLR的、可以编译C#代码的编译器，以便CLR可以识别你写的东西。这个编译器会检查语法和分析源代码，产生的是一个托管模块。

 

    托管模块是一个可以在CLR中执行的PE(Portal Executable)文件。

    书中介绍托管模块由PE32或PE32+头、CLR头、元数据、IL(中间语言)代码。看的时候个人觉得理解元数据和IL比较重要。

    元数据：包含两种类型的元数据表：一个表描述源代码中定义的类型和成员；另一个表描述源代码引用的类型和成员 。

    IL(中间语言)代码：编译器编译源代码时生成的代码。在运行时，CLR将IL编译成本地CPU指令。（IL代码有时称为托管代码，因为CLR要管理它的执行）

2. 将托管代码合并成程序集：                                                

“CLR实际不和模块一起工作。相反，它是和程序集一起工作的。”

    前面说到CLR不会识别你的具体语言，需要相应编译器生成相应的托管模块。这会又说实际不和模块一起工作，引入了程序集的概念。文中说程序集是一个抽象的概念，初学者往往难以把握它的精髓。但我看到程序集(assembly)的时候就有一种无比熟悉的感觉，很经常听到这个词，我感觉我离真相又近了一步。 

    就不再抄书中的概念了，抄个图：

 

 

3. 加载公共语言运行时：                                                     

    你生成的程序集既可以是一个可执行的应用程序，也可以是一个DLL（其中含有一组由可执行程序使用的类型）。最终由CLR管理这些程序集中代码的执行。

    加载公共语言进行时是window的事，我们可以考虑在window的一系列操作之后会初始化CLR，然后加载exe程序集，然后调用其入口方法（Main）。随即，托管的应用程序将启动并运行。

4. 执行程序集的代码：                                                       

    在第一步，即源代码编译成托管模块的时候提到：元数据总是和包含IL代码的文件关联，由于编译器同时生成元数据和代码，把它们绑定一起，并嵌入最终生成的托管模块，所以元数据和它描述的IL代码永远不会失去同步。

    可想而知，当你调用入口方法（Main）的时候，元数据也跟着进来了，它们是一对好基友。

 

 

    当你调用Console.WriteLine(“Hello”);时，肯定和它的元数据脱不了干系，元数据可是管着着其定义或者引用的数据结构，所以当Main方法引用了一个Console类型时，就导致了CLR分配一个内部结构。在这个内部结构中，Console类型定义的每个方法都有一个对应的记录项。每个记录项都容纳了一个地址，根据此地址即可找到方法的实现（是不是类似C中的指针？），对这个结构进行初始化时，CLR将每个记录项设置（指向）包含在一个函数中（JITCompiler），图例中可以很清楚的获知JITCompiler 函数的作用。 

    当第二次调用同样的方法时，如Main第二次调用WriteLine。这一次，由于已对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。WriteLine方法执行完毕之后，会再次返回Main。所以一个方法只有在首次调用的时候才会造成一些性能损失。以后对该方法的所有调用都以本地代码的形式全速运行，无需重新验证IL并把它编译成本地代码。 

    JIT编译器（JITCompiler）将本地CPU指令存储到动态内存中。一旦应用程序终止，编译好的代码也会被丢弃。

 

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