转 .NET 运行全程简析

转帖，原文作者我没有注意去查阅

解析.NET运行全程

     今天没什么事做，去复习程序集那章，然后就想到了.NET的运行流程。于是就把握理解的.NET运行过程大概地按照流程重新想了一次。

     在这里，描述一下，希望能给各位带来帮助，如果有不足之处，还希望大家多多指教。

     先看一张最基本的.NET运行流程图，这应该是所有学习.NET的人都知道的图，没有细节，只有最基本的框架。

 

 

 

     这张图很简单，相信每个人应该都见过的，大概的解释下，拿C#代码为例，C#代码首先通过C#编译器然后形成托管代码，然后再由托管代码转换为机器可识别的2进制机器码。

     好了，我们分别来分析每一个过程，以C#为例。

1．C#代码通过C#编译器编译成了托管模块。我们来解释下”托管”这个名词，托管我的理解就是不能够直接与操作系统进行交互的东西。比如说托管语言就是说需要在操作系统和语言之间搭建一层虚拟机，目前较为常见的托管语言主要是JAVA和C#，JAVA靠的是JVM(JAVA virtual Machine)，而C#则是CLR。

那托管模块究竟是由什么组成的呢？我们来慢慢看。

托管模块是一个需要CLR环境才能跑起来的模块，又被称为PE文件。托管模块一般来说包含以下四部分：

<1>PE表头。PE表头最主要的作用就是标识出该文件的类型，比如说究竟是个控制台应用程序，Windows应用程序，还是一个程序集。另外PE表头还包含了一些比如说文件创建时间，编辑时间之类的东东。

<2>CLR表头。这个我不是太了解。但是应该主要是标识一些跟CLR有关的东西，比如说CLR的版本号。我个人认为CLR表头最主要的作用是标识出函数入口点的元数据标记，以及元数据的地址和占有内存大小。

<3>元数据。元数据我个人认为主要是标识出代码中定义的类型和成员。元数据有很多应用，很多我忘记了，我了解的有这样几条：（关于元数据的详细讨论，我们稍后进行）

1.   反射。Type.GetType(string className)。反射依靠的正是元数据。

2.   VS的智能感知。这个是通过分析元数据来告诉我们类有什么方法，方法有什么参数。

3.   垃圾回收器。垃圾回收器正是通过元数据来获知对象的类型，以及对象之间的相互引用。

4.  安全检查。（这个我不懂，希望各位高手指教）

<4>IL代码。对于IL，微软给出的是这样的解释：面向对象的汇编语言，他拥有很多高级指令，甚至

包括初始化类，异常抛出等等。IL也常常被称做托管代码。其实.NET中的IL就相当于JAVA中的字节码文件，不同的是JAVA的字节码文件是解释执行，而IL代码是编译执行。（应该是这样的，如果有错误希望大家指出，我JAVA不熟）

     元数据微软MSDN的描述是这样的：元数据是一种二进制信息，用以存储在公共语言运行库PE文件或内存中的程序进行描述。元数据的存储主要是以表形式来存储的，比如说有一个表专门来存储类，一个表专门来存储字段。如果一个项目中有100个类，那么专门存储类的表中就会有100行，每行放一个类描述。另外，元数据还会以堆方式存储，这个我不懂，希望高人指教。

     下面来看下元数据标记。了解IL的人应该知道，IL的变量操作是靠着元数据才能混下去的。所以这个时候，元数据标记就诞生了，他有点类似于指针，专门用于指向某一张表的某一行。元数据标记是一个四个字节的数字，比如说0x0f001103，前两位是来指向表，而后6位则是用来指向表中的行。不知道大家明白了没有。

      接下来，很多人会以为是将托管模块编译成机器码的时候了，其实不是这样的。在这个之前还有一步，也就是我们所熟悉的程序集。CLR不合托管模块打交道，他交往的对象是程序集。什么是程序集？程序集从结构上你可以理解为是一个或多个托管模块，加上一些资源文件所组成的逻辑组合。从内存上，你可以理解为是以CLR为宿主的版本化的二进制文件。

      你可以这样理解程序集的结构：程序集=托管模块+资源文件+清单。托管模块我就不再说了，资源文件就是一些比如文本文件，图片之类的东东，而清单呢？则主要是记录在这个程序集中的每一个模块，程序集的版本以及这个程序集所引用的其他程序集信息。

      好了，这次可以和CLR打交道了，CLR开始执行程序集。谈到CLR，在这里提到CLR中一个很重要的东东，mscoree.dll：公共语言运行库执行引擎。主要来负责寻找所有要加载的dll的位置并且加载它们，然后读取程序集的元数据，因此mscoree.dll又被称为是CLR的垫片。在这里，提到一点，微软对.NET做了一点优化，就是说CLR会根据特定机器的CPU来加载不同的dll来改善性能，比如说AMD的CPU和Intel的CPU加载的dll是不同的。

      我们把这个分为第一次执行和非第一次执行。

对第一次执行，我把它总结为三个大阶段：编译—>验证-à执行。而编译阶段，我又把它分为五部分：查元数据—>调ILà分配内存àIL编译成机器码à存入内存。这里很容易理解，时间原因，就不详细些了。

第二次执行，由于JIT编译器已经将机器码存储于动态内存当中，记住这个，这很重要，尤其对于泛型效率的理解！因此，第二次执行，相当于比第一执行少了编译和验证的过程，因此提高了效率。

好了，.NET整个程序的运行过程就讲到这了。最后，做些小补充，算我为.NET做广告了。

1.        JIT编译器会为一些新型的CPU产生这些CPU所提供的特殊指令的本地代码。比如说Core2,那么JIT就会产生Core2所特有的本地代码，这样在Core2的机器上提高了程序的性能。

2.        JIT会为程序做出程序优化。有个.NET的反编译器工具叫做Reflector.exe，这个工具的作用是把机器码给反编译回去。因此我们可以通过这个工具查看.NET代码优化后的结果。举个例子,用foreach遍历二维数据，用这个工具查看我们可以发现，其实.NET实际上是把他拆成了两个for语句。推荐这个工具，这对你理解.NET的一些内部原理非常有好处。

3.        CLR能够对你的代码进行评估，然后对你的代码进行重新排列。比如说

int i=Convert.ToInt32(Console.Readline());

if(i==1){}

if(i!=1){}

那么，由于i!=1的可能性远远大于i=1的可能性，所以CLR就会把i!=1提到前面，这样就能减少了逻辑判断的次数，从而提高了效率。

 

CLR还能对代码做出很多优化，在这里就不继续提了。好了，今天就写到这了，很晚了，

有些困了……白天又是难熬的一天，带着耳机继续过……