程序的編譯和運行,總得來說大體是:首先寫好的程序是源代碼,然后編譯器編譯為本地機器語言,最后在本地操作系統(tǒng)運行。
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下圖為傳統(tǒng)代碼編譯運行過程:
.NET的編譯和運行過程與之類似,首先編寫好的源代碼,然后編譯為微軟中間語言代碼,運行的時候即時編譯為本地機器語言,同時.NET代碼運行時有一個CLR環(huán)境來管理程序。如下圖為.NET代碼編譯運行過程:
下面詳細介紹下編譯運行時的一些概念。
1.MSIL和JIT
在編譯使用.NET 框架創(chuàng)建的代碼時,不是立即創(chuàng)建操作系統(tǒng)特定的本機代碼,而是把代碼編譯為微軟中間語言(Microsoft Intermediate
Language,MSIL)代碼,這些MSIL代碼不專用于任何一種操作系統(tǒng),也不專用于任何一種語言,有些類似于JAVA的字節(jié)碼。C#及其他.NET語言,如VB.NET在編譯階段都編譯為這種語言。
因為代碼在編譯階段沒有直接編譯成本機代碼,所以在執(zhí)行應(yīng)用程序時,必須完成更多的工作,這就是Just—In-Time(JIT)編譯器的任務(wù)。
JIT把MSIL編譯為專用于某種操作系統(tǒng)和目標(biāo)機器結(jié)構(gòu)的本機代碼,只有這樣,操作系統(tǒng)才能執(zhí)行應(yīng)用程序。這里編澤器的名稱Just—In—Time,反映了MSIL僅在需要時才編譯的特性。
過去,常常需要把代碼編譯為幾個應(yīng)用程序,每個應(yīng)用程序用于特定的操作系統(tǒng)和CPU結(jié)構(gòu),這通常是一種優(yōu)化形式(例如,為了讓代碼在AMD芯片上運行將更快),但更多時候是必須的(例如分別運行在Windows和Linux操作系統(tǒng)上)?,F(xiàn)在就不必要了,顧名思義,JIT編譯器使用MSIL代碼,而MSIL代碼是獨立于機器、操作系統(tǒng)和CPU的。目前有幾種JIT編譯器,每種編譯器都用于不同的結(jié)構(gòu),我們總能找到一個合適的編譯器創(chuàng)建所需的本機代碼。這樣,用戶需要做的工作就比較少了,實際上,用戶不必考慮與系統(tǒng)相關(guān)的細節(jié),只需要把注意力放在代碼的功能上就足夠了。
2.程序集
在編譯應(yīng)用程序時,創(chuàng)建的MSIL代碼存儲在一個程序集中,程序集包括可執(zhí)行的應(yīng)用程序文件(這些文件可以直接在Windows上運行,不需要其他程序,其擴展名為.exe)和其他應(yīng)用程序使用的庫(其擴展名是.dll)。
除了包含MSIL外,程序集還包含元數(shù)據(jù)(即程序集中包含的數(shù)據(jù)信息)和可選的資源(MSIL使用的其他數(shù)據(jù),例如聲音和圖片文件)。在程序集包含的所有文件中,有一個文件用于保存清單。(清單是元數(shù)據(jù)部分中一組數(shù)據(jù)表的集合,其中包含了程序集中一部分文件的名稱,描述了程序集的版本,語言文化,發(fā)布者,共有導(dǎo)出類型,以及組成該程序集的所有文件)。需要注意的是一個程序集只能一個程序清單。
元數(shù)據(jù)允許程序集是完全自我描述的,不需要其他信息就可以使用程序集。也就是說,我們不再需要把應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)添加到系統(tǒng)注冊表中,因此,部署應(yīng)用程序就非常簡單了,只需把文件復(fù)制到遠程計算機中的目錄下即可。
當(dāng)然,不必把運行應(yīng)用程序所需要的所有信息都安裝到一個地方。我們可以編寫一些程序集,執(zhí)行多個應(yīng)用程序所要求的任務(wù)。此時,通常把這些可重用的程序集放在所有應(yīng)用程序都可以訪問的地方。在.NET
框架中,這個地方是“全局程序集高速緩沖存儲器”(Global Assembly cache),有相應(yīng)的工具可以幫助把程序集放在高速緩沖存儲器中。
3.托管代碼
在把代碼編譯為MSIL,再用JIT編譯器把它編譯為本機代碼后,CLR的任務(wù)還沒有完全完成。用.NET
框架編寫的代碼在執(zhí)行時是托管的,即CLR管理著應(yīng)用程序,其方式是管理內(nèi)存、處理安全性,以及允許進行跨語言調(diào)試等。相反,不在CLR控制之下運行的應(yīng)用程序是非托管的,某些語言如C++可以用于編寫這類應(yīng)用程序,例如,訪問操作系統(tǒng)的低級功能。使用C#主要編寫在托管環(huán)境下運行的代碼,它們使用CLR的托管功能,讓.NET自己與操作系統(tǒng)進行交互,當(dāng)然也可以編寫在非托管環(huán)境下運行的代碼,但需要特別標(biāo)注。托管代碼的優(yōu)點有:1、平臺無關(guān)性,2、提高性能,3、語言的互操作性。
4.垃圾回收
托管代碼最重要的一個功能是垃圾回收(Garbage
Collection),它可確保應(yīng)用程序不再使用某些內(nèi)存時,這些內(nèi)存就會被完全釋放。在.NET推出以前,這項工作主要由程序員負責(zé),代碼中的幾個簡單錯誤會把大塊內(nèi)存分配到錯誤的地方,使這些內(nèi)存神秘失蹤。這通常意味著計算機的速度逐漸減慢,最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
.NET無用存儲單元收集器會頻繁檢查計算機內(nèi)存,從中刪除不再需要的內(nèi)容。它可能一秒鐘內(nèi)會進行上千次的檢查,也可能幾秒鐘檢查一次,或者隨時進行檢查,但可以肯定的是進行了檢查。
5.應(yīng)用程序域
在以前傳統(tǒng)的開發(fā)中我們都知道,一個應(yīng)用程序?qū)?yīng)一個進程,并為該進程指定虛擬內(nèi)存,由操作系統(tǒng)來映射實際的物理內(nèi)存,有效的維護了進程之間的安全性。但另一方面,每一個進程都會消耗一定的系統(tǒng)資源,降低了性能,并且進程間的通信也比較麻煩。
在.Net中推出了一個新的概念:應(yīng)用程序域(AppDomain)??梢岳斫獬珊芏鄳?yīng)用程序域都可以運行在同一個.NET的進程中,可以降低系統(tǒng)消耗,同時不同的域之間互相隔離,在安全性方面有保障。另外對于同一個進程內(nèi)不同域之間的通信也相對簡單一點。