【深入理解CLR 二】CLR的执行模型(下)

简介: 【深入理解CLR 二】CLR的执行模型(下)

这里提一下我的猜测,不一定准确:

  • 一个应用程序就是一个程序集,一个进程可以运行多个程序集(应用程序),一个应用程序也可以被多个进程同时运行。(果然不是很准确,一个应用不一定是一个程序集,一个程序集可以被多个应用使用—2018-5-17)
  • IL代码是进程隔离的,不同进程即使运行同一个应用程序也会导致重新编译。因为不同进程互相不可见对方代码。但是本机CPU指令是各个进程共享的,所以之后提到的NGen.exe对于提高性能很有用
    ####CLR对代码的优化
    上小节介绍了执行流程,大概有个了解之后,我们发现Jit编译可能会造成性能损耗,那么就有两种手段来给其执行加速:

1,给调试器进行对应设置。

2,提前编译为本机代码(NGen.exe会提到),该方法不推荐

我们常见的编译器开关有两个,一个是optimize(对应IL代码质量优化),一个是debug(对应于本机代码质量优化)。

猜测:第二行表示optimize-并且 debug:full也就是后边提到的Debug状态,第三行表示optimize+并且 debug:pdonly也就是后边提到的Release状态

#####optimize开关

/optimize- 表示不优化IL代码,也就是不优化以下两部分内容:

  • IL代码包含许多NOP(空操作)指令以及许多分支指令。利用这些指令,VS在调试期间才能提供“编辑并继续”功能。“编辑并继续”是一种省时的功能,能够在程序处于中断模式时更改源代码。 当通过选择一条类似 Continue 或 Step 的执行命令继续执行程序时,“编辑并继续”有限制地自动应用代码更改。 这允许在调试会话期间更改代码,而不是停止程序,重新编译整个程序,再重新启动调试会话

设置详见这篇博客:https://blog.csdn.net/xiaoxian8023/article/details/7220590

  • 利用以上额外指令,还可在控制流程(for,while,do,if,else,try,catch,finally)指令上设置断点。只有这样,VS在代码调试时就可以对代码进行单步调试,如果被优化掉,一些函数求值可能无法执行。

当然优化后(optimize+),IL代码会变的更小,结果EXE/DLL文件也变小。但不能编辑并继续和单步调试还是很痛苦的,所以调试阶段最好关了,发布阶段可以打开。

#####debug开关

/debug(+/full/pdbonly)表示一定生成PDB文件,full(附加到进程),pdbonly(不附加到进程)

PDB文件帮助调试器查找局部变量并将IL指令映射到源代码,也就是IL指令和源代码之间的映射文件。

PDB 文件的全称是 Program Database,用于存放一些 IL 和 二进制文件之间的映射,主要为对应的文件名、行号等一些符号。该文件由 Visual Studio 自动生成,主要为调试程序提供便利。VS默认是打开的,当然也可以关闭,关闭之后就不能从异常定位错误了

PDB相关博客http://blog.chenxu.me/post/detail?id=f4301bf3-3709-4c8f-8a45-9b9015909ce2

debug:full表示记录IL指令与本机代码的联系。这样就能将调试器附加到进程调试

总结如下:如果没有PDB,就没有源代码与IL代码联系,无法定位错误,有PDB,但只是pdbOnly,只能看堆栈信息,不能附加到进程,debug:full,可以附加到进程调试。

VS启动时默认debug:fullReleas模式下,optimize+, debug:pdbonly, 也就是尽可能优化,不调试了,Debug模式下,optimize-,debug:full,也就是性能降到最低,但可以附加到进程调试。

若想修改启动时默认debug:full,下图中位置不打勾就是了。

####JIT编译器的优势

其实也就是介绍托管代码的优势。因为只有托管代码运行在CLR之上,非托管代码是针对一些具体CPU平台编译的,一旦调用,就能执行。这也是为什么虽然大多数时候我们选择anycpu,有时候也要指定cpu架构。

  • JIT可以适配运行本机,做一些提升性能的优化
  • JIT能判断一个特定测试是否总会失败,如果是,那么只执行一遍,不傻瓜式执行
  • JIT能进行分支预测,CLR自己评估每次的代码执行(厉害了,有点儿像AI)
  • 还提供NGen.exe,进行预编译,避免运行时编译(作用有限,之后提到)

#####IL和验证

首先IL是基于栈的无类型的,然后CLR可以通过一定方法对IL进行验证,验证后可确保代码不会不正确的访问内存。此前为了防止代码出错,一个应用程序会启一个进程,因为进程隔离,所以不会互相影响,但会启动很多进程,占用资源,现在有了验证功能,一个进程可以同时执行很多应用程序了!

#####不安全的代码

其实不安全的代码就是非托管代码:

  1. 未经CLR验证安全性
  2. 它可以直接操作内存地址

这么做是相当危险的,那么为什么还要有不安全代码呢?在如下情况可以:

  1. 与非托管模块进行互操作(注意,只有C++编译器才能将非托管代码和托管代码生成到一个模块中)
  2. 提升对效率要求极高的一个算法性能时候,需要用到此类代码

体现在VS里就是:

编译器打勾之后,所有包含不安全代码的方法还都要用unsafe来修饰。如果遇到不安全代码,就会报错,我们常常看到的包含不安全代码执行的应用程序警告都来源于此,通常是从Internet下载一些程序之类的时候

#周边工具及相关概念

##本机代码生成器NGen.exe

这个工具的工作非常简单,**就是预编译IL为本机代码,防止运行时编译。**通常有以下两方面作用:

  1. 提高应用程序的启动速度,这个好理解,都编译好了,当然快。
  2. 减小应用程序工作集,这个如前所述,**本机代码是进程不隔离的,这样提前编译好可以给各个进程复用啦。**当然小。

就像之前我提到的鸡肋,这个功能一般不用,那为什么鸡肋呢?

  1. 因为没有原始IL代码,所以不能享受IL的知识产权保护
  2. NGen生成的文件可能失去同步,之前生成的环境和当前运行环境可能不匹配,例如操作系统版本,CLR版本,CPU类型
  3. 较差的执行性能,JIT编译器的三个优点(平台适配,判断,分支预测)一个都使不上,因为没有使用JIT编译器,有时候甚至比JIT现场编译更慢。

##FCL类库

类库在上一篇博文里有过介绍,这里不再赘述,贴一个常用命名空间表:

##CTS系统

为了使一种编程语言写的代码能与用另一种编程语言写的代码沟通,CLR必须能支持,而类型是CLR的根本,那么类型必须有个正式规范,也就是CTS。定义代码的行为

还有六种访问类型:

private---------------------------同一个类

family and assembly--------自己和同一个程序集里的子类,这个C#没有

family---------------------------自己和自己的子类,C#(protected)

assembly----------------------自己和同一程序集里的,C#(internal) 这个java也没有哦

family or assembly----------自己和自己的子类和同一程序集里的 C#(protected internal)

public---------------------------任何程序集里任何代码

举例说,CTS对待继承的态度是单继承,那么C++里多继承的部分就不适用。感觉这系统很鸡肋,可能没到那个层次吧。微软自家语言在上边互相通信,一般还用不上多语言功能

##CLS规范

CLS 定义了公共语言的最小集合:

要想使用其它语言类型,就不要用public和protected修饰,这两个一修饰,整个方法就暴露到外边,其它语言看到了方法中有不适合自己的类型,就要报警告。当然如果代码仅仅是自己内部使用,就没必要关CLS了。

##与非托管代码的互操作性

  • 托管代码能调用DLL中非托管函数
  • 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

#技术分享实例

可以就以下方面重点分享:

1, CLR整体执行流程介绍(主线):编译为IL-------加载CLR-----执行IL过程

2, 挑选一些实例来分享,解释原理:

  • win32和win64不同平台
  • JIT优化,对应于VS面板:调试开关,平台开关,安全代码开关

从学习到汇总用时3天,总算将CLR的大致执行流程汇总为本文,自我感觉还是很不错的。因为有毕设的事情,所以时间用的比较琐碎,感觉理解的还算透彻,再接再厉!

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