COOOOOOOOL

第二章 理论基础－公用语言 运行环境

既然你已经具有了C#全面的印象，我也想让你了解NGWS runtime的全貌。C#依靠由NGWS提供的运行时；因此，有必要知道运行时如何工作，以及它背后所蕴含的概念。
所以，这一章分为两部分——它们是所有的概念和使用的基础。两部分的内容虽然有些重叠，但它有助于加深理解正在学习的概念。

2.1 NGWS Runtime

NGWS和NGWS Runtime为你提供了一种运行时环境。该运行时管理执行代码，并提供了使编程更容易的服务。只要你的编译器支持这种运行时，你就会从这种受管理的执行环境中得益。

你猜测C#编译器支持NGWS runtime很正确，但是不仅它支持NGWS runtime，VB和C++也支持。这些为支持运行时所创建的代码称作"受管代码"(managed code)。以下是你的应用程序从NGWS runtime那里所得到的利益：

交叉语言集成(通过通用语言规范)
自动内存管理(垃圾收集)
交叉语言异常处理(统一展开)
增强安全(包括类型安全)
版本支持("DLL地狱"终结者)
组件交互简化模式

因NGWS runtime 要提供了所有的这些好处，编译器必须把元文件和受管代码一起发出。元文件描述代码中的类型，它和你的代码存在一起(与PE类似---PE为可变位执行文件)

正如你从很多种交叉语言功能所看到的，NGWS runtime主要是关于高度集成交叉多异编程语言(tight integration across multiple different programming languages)。这种支持可达到允许你从一个VB对象派生出一个C#类的程度(我后面会给出要讨论的文章)。

C#程序员将会喜欢的一个功能是，他们不必担心内存管理—也就是说不必担心臭名昭著的内存泄漏。NGWS runtime提供了内存管理，当对象和变量的生命期结束(不再被引用)时，垃圾收集器释放它们。我真的喜欢这个功能，因为在COM中的内存管理一直是我的一块心病。

应该鼓励配置一个管理应用程序或者组件。因为管理应用程序含有元数据文件，NGWS runtime可以利用这些信息，以确保你的应用程序具有它所需的各种规定版本。所产生的明显效果为，由于你的代码没有相互之间的依赖，很少可能出现中断。

这章余下来的将分为两部分，每一部分讨论NGWS runtime的各个方面，直到你的C#应用程序能执行为止。
1、中间语言(Intermediate Language，缩写IL)和元数据
2、即时编译器(just-in-time compliers,简称JITers)

2.1.1 中间语言和元数据

由C#编译器生成的受管代码并不是原始代码，但它是中间语言(IL)代码。这种IL代码自身变成了NGWS runtime的受管执行进程的入口。IL代码明显的优势在于它是CPU无关的，这也意味着，你要用目标机器上的一个编译器才能把IL代码转换成原始代码。

尽管IL代码由编译器产生，但它并不是编译器提供给运行时仅有的东西。编译器同样产生有关你代码的元数据，它告诉运行时有关你代码的更多的东西，例 如各种类型的定义、各种类型成员的签名以及其它数据。基本上，元数据是类型库、注册表内容和其它用于COM的信息。尽管如此，元数据还是直接和执行代码合 并在一起，并不处在隔离的位置。
IL和元数据存放于扩展了PE格式的文件中(PE格式用于.exe和.dll文件)。当这样的一个PE文件被装载时，运行时从文件中定位和分离出元数据和IL。

在进一步说明之前，我想给你已有的IL指令的简短目录。尽管它不是一个完整的清单，也不需要你熟记和理解，但是它列出了你所必需的、C#程序所基于的知识基础。

算术和逻辑操作符
控制流
直接内存访问
堆栈操作
参数和局部变量
堆栈分配
对象模式
实例类型值
临界区
数组
分型位置
即时编译器(JITters)
2.1.2 即时编译器(JITters)

由C#或其它能产生受管代码的编译器所生成的受管代码就是IL码。虽然IL代码被包装在一个有效的PE文件中，但是你还是不能执行它，除非它被转换成为受管原始代码。这就是NGWS runtime 即时编译器(也称作JITters)大显身手的时候。
为什么你会对即时编译代码感到厌繁， 为什么不把整个IL PE文件编译成原始代码? 答案是时间——需要把IL代码编译成CPU规格的代码的时间。这种编译将更加有效率，因为一些程序段从来就没有被执行过。例如，在我的字处理器中，邮件合并功能从来就没有被编译。

从技术上说，全部的处理过程如下：当一个类型被装载时，装载器创建一个存根(stub)，并使它连接每一个类型的方法。当一个方法第一次被调用时， 存根把控制交给JIT。JIT把IL编译为原始代码，且把存根指针指向缓冲了的原始代码。接着的调用将执行原始码。在某些位置上(At some point)，所有的IL都被转换成为原始代码，而JITter处于空闲状态。

正如我在前面提到的，JIT编译器有很多，不止一个。在Windows平台上，NGWS runtime装有3个不同的JIT编译器。

JIT——这是NGWS runtime默认使用的JIT编译器。它是一个后台(back end)优化的编译器 ，在前台(up front)实行数据流分析，并创建了高度优化的受管原始代码做为输出结果。JIT可以使用不严格的IL指令集编码，但是所需资源将十分可观。主要的限制 在于内存足迹(footprint)、结果工作集，以及实行优化所消耗的时间。

EconoJIT—— 和主JIT相比，EconJIT的目标是把IL高速地转换成受管原始代码。它允许缓冲所产生的原始代码，但是输出码并不象主JIT生成的代码那样优化(代 码小)。当内存紧张时，快速代码生成方案的优势将荡然无存。通过永久地抛弃无用的已JIT过的代码，你可以把更大的IL程序装入代码缓冲区。因为JIT编 译快，执行速度也仍然很快。

PreJIT—尽管它是基于主JIT的，但操作起来更象是一个传 统的编译器。你安装了NGWS组件，它才能运行，才可以把IL代码编译成受管原始代码。当然最终的结果为，更快的装载时间和更快的应用程序启动时间(不需要更多的JIT编译)。

在所列出的JITters中，有两个是运行时的JITters。可是你怎么决定要使用哪一个JIT，它如何使用内存? 有一个称做"JIT编译管理器"的小应用程序(jitman.exe)，它存放于NGWS SDK安装目录下的bin目录中。

尽管它是一个小小的对话框，可是你所选择的选项功能是相当强大的。每一个选项将在以下描述。

Use EconoJIT only 选项——当该复选框没有选上时，NGWS runtime使用默认的正常的JIT编译器。前面就曾经解释过两种JITter的区别。

Max Code Pitch Overhead(%)选项——该设置仅保留给EconoJIT。它控制了JIT编译时间和执行代码时间的百分比。如果超过了设定的域值，代码缓冲区得到扩充，以缩短JIT编译所消耗的时间。

Limit Size of Code Cache选项——该项默认为非选。没有选择该项意味着缓冲区将使用它所能得到的内存。如果你想限制缓冲区大小，复选该选项，这将允许你使用Max Size of Cache(bytes)选项。

Max Size of Cache(bytes)选项—控制容纳JIT代码的缓冲区的最大值。虽然你可以非常严格地限制这个值，但你还是应该小心，不能超过这个缓冲区所适合的最大值。否则该方法的JIT编译将会失败。

Optimize For Size选项——告诉JIT 编译器，优化的目的是为了使代码更小而不是能执行得更快。这个设置默认是关掉的。

Enable Concurrent GC[garbage collection]选 项——垃圾收集(GC)默认地运行在用户代码的线程中。意味GC发生时，可能会注意到回应有轻微的延迟。为防止出现该现象，打开当前GC。注意，当前GC 比标准GC更慢，它仅在windows 2000上写时(the time of writing)有效。

当用C#创建项目时，你可能使用不同的设置试验过。当创建 UI-intensive应用程序时，你将会看到允许当前GC的最大差别。

2.2 虚拟对象系统(VOS)

到目前为止，你仅看到了NGWS runtime如何工作，但是并不了解它工作的技术背景以及为什么它要这样工作。这节都是关于 NGWS 虚拟对象系统的(VOS)。

以下为在VOS中形成声明、使用和管理类型模型时，NGWS runtime的规则。在VOS背后的思想是建立一个框架，在执行代码时不能牺牲性能，允许交叉语言集成和类型安全。

我提到的框架是运行时架构的基础。为了帮助你更好地了解它，我将它勾出四个区域。当开发C#应用程序和组件时，理解它们很重要。

VOS类型系统——提供丰富的类型系统，它打算支持全面编程语言的完全实施。
元数据——描述和引用VOS类型系统所定义的类型。元数据的永久格式与编程语言无关，但是，元数据拿自己当作一种互换机制(nterchange mechanism)来使用，这种互换是在在工具和NGWS的虚拟执行系统之间。