《CLR via C# 第四版》 读书笔记（一）CLR的执行模型

本人才疏学浅，如有错漏之处，还望指教一二。

名词解释：

①元数据（Metadata）：可以简单理解为一个数据表集合，其中分为两种类型的数据，一种描述源代码的类型和成员，另一种描述源代码引用的类型和成员。元数据总是与包含IL代码的文件相关联，共同构成和程序代码相同的EXE、DLL文件。元数据的存在为程序编写和运行带来了很多的便利：“智能感知”技术会解析元数据，在编写程序时编译器会提示引用类型的成员和方法；避免了编译时对原生C、C++头和库的需求，在实现类型、成员的IL代码中已经包含了有关类型、成员的全部数据。

②中间语言（IL）：有时也被称为托管代码，是介于程序代码和平台之间的第三方媒介。是一种与CPU无关的机器语言。

③公共语言运行时（CLR）：是一个可以由多种语言使用的程序运行环境，他可以提供内存管理、程序集加载、异常处理和线程同步等服务，为托管代码提供平台。支持CLR的语言有C#、VB、F#、Python、PHP等大多数语言（Java不支持）。

④程序集（assembly）：是CLR工作的最小单位，由托管模块组成。由于概念比较抽象，日后再详细介绍，暂时理解为一个文件（EXE、DLL）。

⑤MSCorEE.dll：作为电脑中是否安装Framework 的标志，存放在根目录下的System32文件夹中。

⑥JITter：JIT编译器，CLR的一个组件，用于IL的即时编译。

问题汇总：

①托管代码和非托管代码的区别？

      托管与非托管是针对于CLR定义的，简单的说，借助于CLR提供的一些服务来运行程序的代码为托管代码，而无需CLR提供服务就可以运行的代码称之为非托管代码。非托管代码先于托管代码产生，如早期由C++/C语言编写的直接对内存、操作系统操作的代码为非托管代码，他们可以直接获取操作系统提供的一些服务。

      托管代码是由编译器产生的，因此我们可以利用多种语言进行并行开发（生产中通常以引用包来发挥多种语言的优点），甚至可以直接编写IL代码，以提高程序质量和扩展功能，并且可以轻松的使用CLR提供的一系列服务，避免对内存的直接操作造成的一些问题。而非托管代码虽然不能借助于CLR提供的服务，但却也不受CLR的限制，可以直接对内存操作，调用操作系统提供的接口，较为灵活，但是也会提升错误概率。

②托管应用程序启动过程？

       Windows检查EXE文件头，决定创建32/64位进程，在进程地址空间加载MSCorEE.dll的32/64位版本，之后该进程的主线程调用MSCorEE.dll中的方法，这个方法初始化CLR、加载EXE程序集，再调用其入口方法（Main），随后托管应用程序启动并运行。

③执行程序集代码流程？

       在Main方法执行之前，CLR会检测出Main的代码引用的所有类型，CLR分配一个内部数据结构来管理对引用类型的访问，在这个内部数据结构中引用类型定义的所有方法都有一个记录项（entry），每个记录项都包含一个地址，根据这个地址可以找到该方法的实现。对这个结构初始化时，CLR将每个记录项都设置成指向CLR内部的一个未编档函数——JITCompiler，这个函数负责将方法的IL代码编译成本机CPU指令，本机CPU指令保存到动态分配的内存块中，之后JITCompiler返回CLR定义的内部数据结构，将该方法的记录项地址指向动态分配的内存块中，最后JITCompiler函数执行内存块中的代码，并返回到Main方法中。

       JIT编译器将本机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，所以再次运行应用程序的时候，JIT编译器必须再次将IL编译成本机指令。（这种方式会有一些性能损失，但与执行代码时间相比可以忽略不计），另外CLR的JIT编译器会对代码进行优化，优化后代码便很难进行单步调试，但效率和质量都有所提升。