CLR的执行模型

概念

**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”（早期译文为“公共语言运行库”）

它依靠.Net Framework开发平台运行

代码主要运行流程如下：

需要注意C++编译器允许开发人员同时写托管和非托管代码，并生成到同一个模块中，它允许开发人员在托管代码中使用原生的C/C++代码，等待时机成熟后再使用托管类型。

托管模块的主要结构

PE32或PE32+头

标准的Windows PE文件头，如果头使用PE32格式，文件能在32位系统与64位Windows上使用，如果使用PE64头，则只能在64位系统上使用。

还标识了文件类型：GUI、CUI、DLL
CLR头

包含使这个模块成托管模块的信息

包含依赖的CLR版本，一些标志（flag）、托管模块入口方法（Main方法）的元数据等等
元数据

主要包含两种表

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（中间语言）代码

编译器编译原代码时生成的代码，在运行时CLR将IL编译成本机CPU指令

IL基于栈，是无类型指令

程序集是抽象概念，它可以是可执行应用程序，也可以是DLL

主要结构

Windows检查EXE文件头，决定使用32位/64位进程只有，会在进程地址空间加载MSCorEE.dll的x86,x64或ARM版本。
进程的主线程调用 MSCorEE.dll中定义的一个方法，该方法初始化CLR，加载EXE程序集，再调用入口方法（Main）。随机托管引用程序启动并运行。

首次运行方法 =》检测代码中存在的所有引用类型 =》为每种引用类型分配一个内部结构

内部结构对为该类型定义的每个方法生成对应记录项，也就是一个类型中所有方法的记录项合集

两种状态：

【通常状态】记录项：每个记录项都包含一个地址，根据此地址可以找到方法的实现
【首次执行状态】JITCompiler（JIT编译器）：在内部结构初始化时，CLR将每个记录项都设置成（指向）包含在CLR内部的一个未编挡函数
- 记录项首次执行时JIT函数被调用。
- 执行过程
  
  获取要调用方法信息 =》从程序集中的元数据中查找被调用方法的IL =》验证IL，并编译成CPU指令 =》保存指令到内存中 =》修改对应记录项地址为内存中指令地址 =》跳转到内存块中的代码并执行

非首次执行时：由于首次执行时JIT已经编译过代码，所以会直接通过记录项中内存地址找打编译过的代码并执行

优势：

代码安全

IL在编译成CPU指令时，CLR会执行IL验证的过程。这个过程会检查高级IL代码，确定代码所作一切都是安全的。
内存安全，进程性能

通过托管代码，可以保证代码不会不正确的访问内存，不会干扰到另一个应用程序的代码。这样就可以将多个托管应用程序放到同一个进程下执行，更少的进程意味着更少的资源销毁。

劣势：

C#编译器允许开发人员写不安全代码（unsafe）。不安全代码允许直接操作内存地址，并可操作这些地址处的字节。通常只有在与非托管代码进行交互操作，或者提升效率要求极高的算法性能时才需要这样做。

C#编译器要求包含不安全代码的所有方法都用unsafe关键字标记，/unsafe编译器开关来编译源代码。

当JIT编译器编译一个unsafe方法时，会检查该方法所在的程序集是否被授予了权限，如果没有授予权限JIT编译时会抛出异常，禁止方法的执行