Кратко съдържание

Компилация и изпълнение

Сега ще разгледаме детайлно процеса на компилиране и изпълнение на .NET приложенията. Ще изясним как се извършва компилирането на програми от високо ниво, как се получава IL код, как този код се записва в специален файлов формат (асембли) и как след това компилираните асемблита се изпълняват от CLR като се компилират междувременно до машинен код от JIT компилатора.

Целият този процес е изобразен схематично на фигурата:

Изходният код на .NET програмите може да е написан на предпочитания от нас .NET език, например C#, VB.NET, Managed C++ или друг. За да го компилираме до IL управляван код, използваме компилатора за съответ­ния език. В резултат получаваме асембли.

Едно асембли може да бъде изпълним файл (.exe файл) или динамична библиотека (.dll файл). Изпълнимите файлове съдържат допълнителна информация, която подпомага началното им стартиране (например входна точка на изпълнение).

При изпълнение на дадено асембли CLR го зарежда в паметта и анализира метаданните му. Извършват се различни проверки на кода – дали е коректен спрямо IL стандарта, дали има необходимите права за изпъл­нение и др.

След това управляваният IL код преминава през специфичния за текущата платформа JIT компилатор и се компилира до машинен код за текущия процесор. Компилираният вече код след това се изпълнява директно от процесора.

JIT компилаторът не компилира в началото цялото асембли, а само методът, от който започва изпълнението му. След това при опит за изпълнение на некомпилиран метод, той се компилира. Така кодът се компилира само при нужда и това осигурява добро бързодействие. Забавянето е незначително и скоростта на изпълнение на управлявания код на практика е почти еднаква със скоростта на изпълнение на неуправлявания код.

Предимството на JIT компилацията е, че може да оптимизира кода за текущата хардуерна платформа по най-добрия начин. Например ако е наличен най-мощният процесор на Intel или AMD и CLR поддържа този процесор, той ще компилира IL кода по начин, оптимизиран специално за него, и ще използва пълните му възможности. При неуправляваният код това не е възможно, защото кодът се компилира така, че да работи върху всички процесори, без да използва пълните възможности на текущата хардуерна платформа. По тази причина в някои случаи управляваният код може да е дори по-бърз от неуправлявания въпреки нуждата от JIT компилация, която отнема време.

Когато разполагаме с компилирано асембли и искаме да го изпълним, имаме право на избор кога да компилираме IL кода до машинен код. Това може да стане по време на изпълнение (посредством JIT компилатора) и предварително (с прекомпилация за текущата платформа).

Прекомпилацията на асемблита се извършва с инструмента ngen.exe, който е стандартна част от .NET Framework.

Архитектура на CLR

Ще разгледаме всеки от посочените компоненти съвсем накратко, тъй като функциите им са от много ниско ниво и рядко ще ни се налага да взаимодействаме директно с тях:

• 
  Base Class Library Support – предоставя системни услуги, необходими за работата на Base Class Library (BCL).
  
• 
  Thread Support – предоставя услуги за манипулация на нишки в .NET приложенията – създаване на нишка, управление на състоянието на нишка, синхронизация и др.
  
• 
  COM Marshaler – грижи се за комуникацията с COM обекти. Осигу­рява извикването на COM сървъри от .NET код и извикването на .NET код от COM. Негова грижа са прехвър­лянето на заявки, преобра­зуването на данни, управлението на жизнения цикъл на COM обектите и др.
  
• 
  Type Checker – осъществява проверка на типовете за съответствие при извикване и поддържа класовите йерархии.
  
• 
  Exception Manager – грижи се за управление на изключенията –предизвикване на изключение, прихващане, обработване и др.
  
• 
  Security Engine – отговаря за проверките на сигурността при изпъл­нение на кода.
  
• 
  Debug Engine – осигурява функционалност, свързана с дебъгването и оптимизирането на управляван код.
  
• 
  JIT Compiler – един от най-важните модули – по време на изпъл­нение компилира IL кода в специфичен за процесора код.
  
• 
  Code Manager – управлява изпълнението на кода.
  
• 
  Garbage Collector – управлява паметта автоматичното почистване на паметта и ресурсите. Контролира живота на обектите.
  
• 
  Class Loader – служи за зареждане на класове и типове. Използва се при началното изпълнение на приложението, както и при динамично зареждане на код по време на изпълнение.
  

Как CLR изпълнява IL кода?

Нека сега разгледаме по-подробно как CLR изпълнява IL кода. Изпълне­нието на кода, както можем да видим от схемата по-долу, е итеративен процес, който се състои от много стъпки.

При изпълнение на метод от едно асембли Class Loader подсистемата на CLR зарежда всички нужни за неговата работа класове и типове. В зависимост от това дали кодът е вече компилиран до машинен или не Class Loader предава кода за директно изпълнение или го компилира с JIT компила­тора (при първо извикване на всеки метод).

Преди JIT компилацията се извършва процес, известен като верификация. Той проверява дали IL кодът е безопасен – дали не се опитва да осъществява директен достъп до паметта, дали не се опитва да заобикаля механизмите за сигурност и т. н. Ако системният администратор е определил кода за сигурен (trusted) неговото верифициране може да бъде се прескочено.

JIT компилаторът създава специфичен за машината код (native код), който се изпъл­нява директно от процесора. Този машинен код съдържа в себе си много допълнителни инструкции, чрез които си взаимодейства със CLR. Целта е кодът да се изпълнява по контролиран начин, за да не нарушава принципите за сигурност и надеждност, но без да се забавя излишно заради всички допълнителни проверки.

При изпълнението на кода, при достъп до ресурси, при извикване на системни библиотеки и в много други случаи се извършват проверки на сигурността (чрез т. нар. security engine).

Ако трябва да бъде извикан некомпилиран метод, този метод се връща в JIT компилатора и така се затваря цикълът на компилация до машинен код. Като резултат от описания алгоритъм не се налага компилиране на един и същ метод повече от веднъж и освен това, ако някой метод не се извиква никъде в приложението, той въобще не се компилира от JIT компилатора.

Каталог: dotnetbook
dotnetbook -> Кратко съдържание
dotnetbook -> Кратко съдържание

Изтегляне 9.03 Mb.

Сподели с приятели: