Реферат: Платформа Microsoft. NET Framework

--PAGE_BREAK--3.1 Компиляция исходногокода
платформа net framework работа

При работе с платформой .NETможно создавать файлы с исходным кодом на любом языке, поддерживающем CLR. Затем соответствующий компилятор проверяет и анализирует исходный код. Независимо от компилятора результатом его работы является управляемый модуль (managedmodule) – стандартный переносимый исполняемый (portableexecutable, РЕ) файл 32-разрядной (РЕ32) или 64-разрядной Windows (PE32+), который требует для своего выполнения исполняемую среду CLR.

В прошлом почти все компиляторы генерировали код для конкретных процессорных архитектур, таких как x86, IA64, Alpha или PowerPC. Все CLR-совместимые компиляторы вместо этого генерируют IL-код. IL-код иногда называют управляемым (managedcode), потому что CLR управляет его жизненным циклом и выполнением.

Каждый компилятор, предназначенный для CLR, кроме генерации IL-кода, также должен создавать полные метаданные (metadata) для каждого управляемого модуля. Коротко говоря, метаданные – это просто набор таблиц данных, описывающих то, что определено в модуле, например типы и их члены. Метаданные служат многим целям:

— Они устраняют необходимость в заголовочных и библиотечных файлах прикомпиляции, так как все сведения о типах/членах, на которые есть ссылки, содержатся в файле с IL-кодом, в котором они реализованы. Компиляторы могут читать метаданные прямо из управляемых модулей.

— В процессе верификации кода CLR использует метаданные, чтобы убедиться, что код совершает только «безопасные» операции.

— Метаданные позволяют сериализовать поля объекта в блок памяти на удаленной машине и затем десериализовать, восстановив объект и его состояние на этой машине.

— Метаданные позволяют сборщику мусора отслеживать жизненный цикл объектов. Используя метаданные, сборщик мусора определяет тип объектов и узнает, какие поля в них ссылаются на другие объекты.

Метаданные расширяют возможности таких старых технологий, как библиотеки типов и файлы языка описания интерфейсов (InterfaceDefinitionLanguage, IDL). Важно заметить, что метаданные CLR гораздо полнее. И в отличие от библиотек типов и IDL они всегда связаны с файлом, содержащим IL-код. Фактически метаданные всегда встроены в тот же ЕХЕ/DLL, что и код, так что их нельзя разделить. Так как компилятор генерирует метаданные и код одновременно и привязывает их к конечному управляемому модулю, рассинхронизация метаданных и описываемого ими IL-кода исключена.

После компиляции набор управляемых модулей объединяется в сборку. Сборка – это логическая группировка одного или нескольких управляемых модулей или файлов ресурсов. Это самая маленькая единица с точки зрения повторного использования, безопасности и управления версиями. Сборка может состоять из одного или нескольких файлов – все зависит от выбранных средств и компиляторов [1].


3.2 Процесс загрузки и исполнения кода в платформе NET


При выполнении исполняемого файла Windowsанализирует заголовок ЕХЕ-файла на предмет необходимого для его работы адресного пространства – 32-или 64-разрядного. Файл с заголовком РЕ32 может выполняться в адресном пространстве любого из указанных двух типов, а файлу с заголовком РЕ32+ требуется 64-разрядное пространство. Windowsтакже проверяет информацию о процессорной архитектуре на предмет совместимости с имеющейся конфигурацией.64-разрядные версии Windowsподдерживают технологию выполнения 32-разрядных приложений в 64-разрядной среде, которую называют WW64 (WindowsonWindows64). Она даже позволяет выполнять 32-разрядные приложения на машине с процессором Itaniumза счет эмуляции команд х8б, но за это приходится расплачиваться снижением производительности.

После анализа заголовка ЕХЕ-файла для выяснения того, какой процесс запустить – 32-, 64-разрядный или WoW64, Windowsзагружает в адресное пространство процесса соответствующую (х86, х64 или IA64) версию библиотеки MSCorEE.dll. В Windowsверсии х86 одноименная версия MSCorEE.dllхранится в каталоге C:\Windows\System32. В версиях х64 и IA64 версия х86 библиотеки находится в каталоге C:\Windows\SysWow64, а 64-разрядная версия MSCorEE.dll(хб4 orIA64) размещается в каталоге C:\Windows\System32 (это сделано из соображений обратной совместимости).

Далее основной поток процесса вызывает определенный в MSCorEE.dllметод, который инициализирует CLR, загружает сборку ЕХЕ, а затем ее метод точки входа (Main). На этом процедура запуска управляемого приложения считается завершенной.

Как уже упоминалось, управляемые модули содержат метаданные и код на промежуточном языке (IL). IL – не зависящий от процессора машинный язык, это язык более высокого уровня в сравнении с большинством других машинных языков. Он позволяет работать с объектами и имеет команды для создания и инициализации объектов, вызова виртуальных методов и непосредственного манипулирования элементами массивов. В нем даже есть команды генерации и перехвата исключений для обработки ошибок. IL можно рассматривать как объектно-ориентированный машинный язык.

Для выполнения какого-либо метода его IL-код должен быть преобразован в машинные команды. Этим занимается JIT-компилятор CLR. Рассмотрим пример:


publicvoidMain()

{

Console.WriteLine(“HelloWorld”);

}

Непосредственно перед исполнением метода Main среда CLR находит все типы, на которые ссылается код Main. При этом CLR выделяет внутренние структуры данных, используемые для управления доступом к типам, на которые есть ссылки. В примере метод Main ссылается на единственный тип – Console, и CLR выделяет единственную внутреннюю структуру. Эта внутренняя структура данных содержит по одной записи для каждого метода, определенного в типе Console. Каждая запись содержит адрес, по которому можно найти реализацию метода. При инициализации этой структуры CLR заносит в каждую запись адрес внутренней, недокументированной функции, содержащейся в самой CLR. Это функция JIT Compiler.

Функции JIT Compiler известен вызываемый метод и тип, в котором он определен. JIT Compiler ищет в метаданных соответствующей сборки IL-код вызываемого метода. Затем JIT Compiler проверяет и компилирует IL-код в собственные машинные команды, которые сохраняются в динамически выделенном блоке памяти.

После этого JIT Compiler возвращается к внутренней структуре данных типа и заменяет адрес вызываемого метода адресом блока памяти, содержащего готовые машинные команды. В завершение JIT Compiler передает управление коду в этом блоке памяти. Этот код – реализация метода Write Line (той его версии, что принимает параметр String). Из этого метода управление возвращается в Main, который продолжает выполнение в обычном порядке.

Затем Main обращается к Write Line вторично. К этому моменту код Write Line уже проверен и скомпилирован, так что обращение к блоку памяти производится, минуя вызов JIT Compiler. Отработав, метод Write Line возвращает управление Main. Снижение производительности наблюдается только при первом вызове метода. Все последующие обращения выполняются «на полной скорости»: повторная верификация и компиляция не производятся.

JIT-компилятор хранит машинные команды в динамической памяти. Это значит, что скомпилированный код уничтожается по завершении работы приложения. Так что, если потом снова вызвать приложение или если одновременно запустить второй его экземпляр (в другом процессе ОС), JIT-компилятор заново будет компилировать IL-код в машинные команды.

Для большинства приложений снижение производительности, связанное с работой JIT-компилятора, незначительно. Большинство приложений раз за разом обращается к одним и тем же методам. На производительности это скажется только раз. К тому же, скорее всего больше времени занимает выполнение самого метода, а не обращение к нему.

Полезно также знать, что JIT-компилятор CLR оптимизирует машинный код аналогично компилятору неуправляемого кода C++. Создание оптимизированного кода занимает больше времени, но производительность его будет гораздо выше, чем неоптимизированного.

Многие авторитетные авторы считают, что управляемые приложения могут работать производительнее неуправляемых, и тому есть масса причин. Взять хотя бы тот факт, что превращая IL-код в команды процессора в период выполнения, JIT-компилятор располагает более полными сведениями о среде выполнения, чем компилятор неуправляемого кода. Ниже перечислены особенности, которые позволяют управляемому коду работать производительнее неуправляемого:

— JIT-компилятор может обнаружить факт выполнения приложения на Pentium 4 и сгенерировать машинный код, полностью использующий все преимущества особых команд этого процессора. Неуправляемые приложения обычно компилируют в расчете на среднестатистический процессор, избегая специфических команд, которые заметно повышают производительность приложения на новейших процессорах.

— JIT-компилятор может обнаружить, что определенное выражение на конкретной машине всегда равно false. Например, посмотрим на метод с таким кодом:

if (numberOfCPUs> 1)

{

…

}

Здесь number OfCPUs — число процессоров. Код указывает JIT-компилятору, что для машины с одним процессором не нужно генерировать никаких машинных команд. В этом случае машинный код оптимизирован для конкретной машины: он короче и выполняется быстрее.

— CLR может проанализировать выполнение кода и перекомпилировать IL-код в команды процессора во время выполнения приложения. Перекомпилированный код может реорганизовываться с учетом обнаруженных некорректных прогнозов ветвления.

Это лишь малая часть аргументов в пользу того, что управляемый код будущего будет исполняться лучше сегодняшнего неуправляемого. Производительность и сейчас очень неплохая для большинства приложений, а со временем ситуация только улучшится[1].


    продолжение
--PAGE_BREAK--