.NET CLR Hosting 簡介

作者：蔡學鏞

某些軟體（例如 Microsoft SQL Server 2005、Borland JBuilder）需要支援 .NET 或 Java，這樣的軟體可以讓 .NET CLR 或 Java VM 寄宿在自己身上，成為自己的一部份，被 CLR/JVM 所寄宿的軟體就稱為 CLR Host（宿主）或 JVM Host。本文章簡單地介紹 .NET CLR Hosting 的觀念。

本文章內容分成三部分，首先介紹 Shim 和 CLR 的關係，接著說明 CLR Host，最後介紹 .NET Framework CLR 2.0 版的 11 個 Hosting Manager。

Shim and VMs

當你執行 Java 程式時，所使用的 java.exe 與 javaw.exe（Windows版），以及當你執行 .NET 程式時，PE 檔 Import Table 內的『mscoree.dll』，其實都不是真正的 VM，它們只是體積很小的一個入口（Portal）程式（mscoree.dll 只有不到 200KB，java.exe 與 javaw.exe 只有不到 50KB），用來將程式導引到真正的 VM 中，這種入口程式被稱為 Shim（填隙物）。不管是 Java 或 .NET，我們都可以透過 Shim 來決定要使用的VM是哪一種 Build Type：Server 或 Client。Server 版的VM針對 Server 類型的程式做最佳化（高產出），Client 版的VM針對 Client 類型的程式做最佳化（高互動）。如果是 .NET，我們甚至可以透過 Shim 來決定要使用 VM 版本號碼（但是這一點 Java 做不到，因為每個版本的 JVM 都有專屬的 Shim，彼此不太相容。）

如果你的系統上安裝了許多套不同版本號碼的 .NET，那麼程式執行時，Shim 會根據預設值或使用者的指定，來決定要使用的版本和 Build Type 為何（請看圖 1）。.NET CLR 的每個版本都附上兩個 Build Type 的 VM，一個是 MsCorWks.DLL（Wks = Workstation），適合用來執行 Client 端的 .NET 程式，另一個是 MsCorSvr.DLL（Svr = Server），適合用來執行 Server 端的 .NET 程式。不管你裝了幾個版本的 .NET Framework，MsCorEE.DLL 只會有一份，放在 C:\Windows\System32 目錄下。而真正的 CLR（VM）是放在 C:\Windows\microsoft.net\framework\v…\ 目錄下的 MsCorWks.DLL 以及 MsCorSvr.DLL。

圖 1

以往 J2SE 同時會附上 Server 和 Client 的 JVM（更早的 JVM 還會多附上 Classic JVM），但是 Java 5.0 以後，J2SE 只附上 Client 的 JVM（jre\bin\client\jvm.dll），沒有附上 Server 的 JVM（jre\bin\server\jvm.dll）。想要具有 Server 的 JVM，必須安裝 J2EE 才行。

Java 程式的執行方式是，先由 OS 載入 Shim 來執行，Shim 會請 OS 動態載入 JVM，然後程式的控制權就交到 JVM 手上，再由 JVM 來載入並執行 Java Bytecode。如圖 2 所示。

圖 2

.NET 程式的執行方式是，先由 OS 直接載入 Managed PE，然後 OS 發現這是 Managed PE，於是立刻載入 Shim 來執行，Shim 會請 OS 動態載入 CLR，然後程式的控制權就交到 CLR 手上，CLR 開始執行 Managed PE 內的 Managed Code。如圖 3 所示。

圖 3

不管是 Java 或 .NET 的方式，都可以改用 Host 程式作為開始，然後再進入整個流程，如圖 4 所示。（但如果是 Java，則圖 4 中的 Shim 必須刪除，而是 Host 之後直接就是 JVM。）

圖 4

CLR Host

某些軟體需要支援 .NET 或 Java，這樣的軟體可以讓 .NET CLR 或 Java VM 寄宿在自己身上，這樣的軟體就稱為 CLR Host（宿主）或 JVM Host（如圖 4 所示）。想要成為 Host，就要使用 Hosting API。微軟的 .NET CLR 的 Hosting API 就稱為 CLR Hosting API，而 Java VM 的 Hosting API 則稱為 Java Invocation API。對於 CLR Hosting API 和 Java Invocation API 來說，兩者比較明顯的差別在於：CLR Hosting 是 COM 介面（但仍有少數幾個獨立的 function），而 Java Native Interface Invocation API 則是 C function 介面。

Microsoft .NET CLR 從 1.0 版就開始支援 CLR Hosting API。為了要支援 SQL Server 2005 的許多功能，在 .NET 2.0 的 CLR 中所支援的 Hosting API 就更完整了。Host 程式就像是在 OS 和 CLR 之間，插入一層，請見圖 5。藉由 .NET 2.0 的 CLR Hosting API，除了不能控制 JIT 之外，你幾乎可以控制 CLR 的一切。從某種角度來看，這也算是一種 API Hook。（但不像 OS API Hook 那麼低階且功能強大。）

圖 5

如何寫出一個 CLR Host 程式？請看下面的四個步驟。

1. 實踐 IHostControl 介面。

   你必須設計一個類別，來實踐（implement）IHostControl 介面，如圖 6 所示。此 COM 介面有一個很重要的 function，名為 GetHostManager()。CLR 會呼叫這個 function 來得知你實踐了哪幾個 Hosting Manager，並取得該 Hosting Manager。稍後解釋什麼是 Hosting Manager。

   
   圖 6

   程式如下：

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   class MyHostControl : public IHostControl {
      public:
         HRESULT __stdcall GetHostManager(
            REFIID riid,
            void **ppObject);
   };
   
   HRESULT __stdcall MyHostControl::GetHostManager(
      REFIID riid,
      void **ppObject) {
      if (riid == IID_IHostMemoryManager) {
   
         MyHostMemoryManager *pMemMgr = 
            new MyHostMemoryManager();
         *ppObject = (IHostMemoryManager *)pMemMgr;
         return S_OK;
      } else if (riid == IID_IHostAssemblyManager) {
         // 類似上面的作法
      }
      *ppObject = NULL;
      return E_NOINTERFACE;  // 找不到該Manager
   }

   Host Control 的用途只是用來讓 CLR 取得 Manager，一旦 CLR 取得 Manager 之後，Host Control 也就不再有用了。

2. 取得 ICLRRuntimeHost

   在 CLR Host 程式中，呼叫 MsCorEE.DLL 內的 CorBindToRuntimeEx()，取得 ICLRRuntimeHost。如下面的程式所示：

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   ICLRRuntimeHost *pCLR = NULL;
   HRESULT hr = CorBindToRuntimeEx(
      L"v2.0.40103", //選擇版本為2.0.40103
      L"wks",  // 選擇Build Type為Client
      STARTUP_CONCURRENT_GC, 
      CLSID_CLRRuntimeHost,
      IID_ICLRRuntimeHost,
      (PVOID*) &pCLR;);

3. 實體化一個 Host Control

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   MyHostControl *pHostControl = new MyHostControl();

4. 註冊此 Host Control

   利用 ICLRRuntime 介面的 SetHostControl()，來將上面設計好的 MyHostControl 設定進入 CLR 中。程式如下：

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   pCLR->SetHostControl((IHostControl *)pHostControl);

CLR Hosting Managers

.NET Framework CLR 2.0 版有 11 個 Hosting Manager。Host Protection Manager 與 Debugging Manager 完全由 CLR 實踐（表 1 中紅色的部分），Thread Pool Manager 完全由 CLR Host 實踐（表 1 中綠色的部分），其他的 Manager 則完全由 CLR 與 Host 兩者共同實現（表 1 中黃色的部分）。由 CLR 所實踐的介面，一律以 ICLR 做為介面名稱的開頭。由 Host 所實踐的介面，一律以 IHost 做為介面名稱的開頭（有一個例外是：IActionOnCLREvent）。表格 1 整理了所有的 Manager 和介面。

表1

大部分的 Manager 都擁有超過一個的介面，每個 Manager 都有一個介面是 Primary Interface（表 1 中採用粗體字者）。所謂的 Primary Interface，是讓系統用來發現 Host 有沒有提供某個 Manager。如果 Manager 完全由 CLR 與 Host 兩者共同實踐，那麼 primary Interface 是在 Host。如果你決定實踐某個管理員，那麼你必須同時實踐該 Manager 全部的介面。

ICLRRuntime 介面有兩個 function，GetCLRControl() 以及 GetHostControl()，可以用來取得 ICLRControl 以及 IHostControl，利用這兩個介面，可以取得許多的 Manager，如圖 7 所示。

圖 7

下面簡單地介紹各種 Hosting Manager 的用途。

Assembly Loading Manager

CLR 有定義一套預定的（default）組件載入機制（圖 x）。有一些特殊的應用需要採用自己的組件載入機制，這時候就可以利用 CLR 的 Assembly Loading Manager，來詳細地控制這一切。

Host Protection Manager

讓 CLR 可以對於 Managed Code 進行某些限制。

Failure Policy Manager

讓 Host可以控制，程式出現錯誤時的處置方式。

Memory Manager

讓 Host 可以提供許多記憶體處理相關的 function（例如：VirtualAlloc()），來取代 Win32 版本的 API。如此一來，Host 可以針對記憶體資源做更詳細的安排。

Garbage Collection Manager

讓 Host 可以強迫 CLR 進行 GC 的動作、取得 GC 的統計資料…等。

Threading Manager

將 Thread 變成 Task，並進行自己的排程（Scheduling）方式。此處所謂的 Task，並不是 process 的意思，而是一種程式的執行單位，可以是 Preemptive 的 Thread（由 OS 負責排程），也可以 Non-Preemptive（Cooperative）的 Fiber（由 Host 自行排程）。

Synchronization Manager

讓 Host 自行提供同步化物件（例如：semaphore、event），而不用 OS 所所提供的同步化物件。

Thread Pool Manager

CLR Host 可以提供自己的 Thread Pool、控制 Thread Pool 內的 Thread 個數。

I/O Completion Manager

對於非同步的（Asynchronous）IO，當動作完成時，就會通知 CLR Host 所提供的 Callback function，讓 CLR Host 可以進一步處理。

Debugging Manager

利用 Debugging Manager，可以控制 debugger 的行為。例如，載入額外的程式資訊檔案。

CLR Event Manager

當 managed code 在執行時，遇到某些特定的事件，就會通知 CLR Host 所提供的 Callback function，讓 CLR Host 可以進一步處理。

利用 CLR Hosting 來支援 .NET 的軟體會越來越多

以前大家會用專屬的技術（特別是 Scripting 語言）來讓自己的軟體系統可以被擴充，以後這樣的狀況勢必會漸漸減少，而是漸漸改用 .NET 的 Managed Code，如此一來，就可以採用各種語言，且功能更完備，耗費的心力更少。這些軟體都需要利用 CLR Hosting 的技術。

隨著 .NET 2.0 的擴充性提高，使用 .NET CLR Hosting 的程式將會越來越多。事實上，目前已經有一些重要的軟體開始運用 CLR Hosting，來讓 managed code 可以在自己的系統中執行，這些軟體包括了 SQL Server 2005、IIS、IE、IBM DB2、AutoDesk AutoCAD。

本文转自cnn23711151CTO博客，原文链接： http://blog.51cto.com/cnn237111/413665，如需转载请自行联系原作者