.net 之运行环境

.NET 结构
.NET 包括四个组成部分
   VOS 类型系统
   元数据
   公用语言规范
   虚拟执行系统
下面分别对它们进行简要介绍

虚拟对象系统 

   .NET 跨语言集成的特性来自于虚拟对象系统 VOS 的支持, 在不同语言间进行代码复用和应用集成中所遇到的最大问题, 是不同语言类型系统间的相容性问题,它描述了值的类型并指定了类型的所有值必须遵守的规则 在面向对象的语言方面 它统一了不同编程语言的对象模型 每一个对象在 VOS 中都被唯一标识以与其它对象相区别。

元数据 
   元数据是对 VOS 中类型描述代码的一种称呼 在编译程序将源代码转换成为中间代码时 它将自动生成 并与编译后的源代码共同包含在二进制代码文件中 元数据携带了源代码中类型信息的描述  此外 元数据在解决方法的调用 建立运行期上下文界限等方面都有着自己的作用 而关于元数据的一切都由.NET 在后台完成

2.1.3 公用语言规范


   公用语言规范 Common Language Specification CLS 是 CLR 定义的语言特性集合 主要用来解决互操作问题 如果一个类库遵守 CLS 那么同样遵守 CLS 规范的 其它编程语言将能够使用它的外部可见项 详细的内容见本章第二节

虚拟执行系统 

   虚拟执行系统 Visual Execution System VES 是 VOS 的实现 它用来驱动运行环境 元数据的生成与使用 公用语言规范的满足性检查以及应用程序执行过程中的内存管理均由它来完成 具体说来 VES 主要完成以下功能装入中间代码 使用 JIT 将中间代码转换为本地码装入元数据代码管理服务 包括垃圾收集器和异常处理定制与调试服务线程和环境管理

公用语言运行时环境与公用语言规范 

   了解了.NET 的结构之后 我们该看看.NET 利用其结构为我们创造的运行环境公用语言运行时环境 它是 C#及其它支持.NET 平台的开发工具的运行基础 具体来说 它为我们的应用提供了以下益处

跨语言集成的能力
跨语言异常处理
内存管理自动化

强化的安全措施
版本处理技术
组件交互的简化模型


理解 CLR 

   .NET 提供了一个运行时环境 叫做公用语言运行时 它管理着代码的执行 并使得开发过程变得更加简单 这是一种可操控的执行环境 其功能通过编译器与其它工具共同展现 你的代码将受益于这一环境 依靠一种以运行时为目标的 指完全支持运行时环境的 编译器所开发的代码叫做可操控代码 它得益于可操控环境的各种特性 跨语言集成 跨语言异常处理 增强的安全性 版本处理与开发支持 简单的组交互模型以及调试服务 为了使运行时环境能够向可操控代码提供服务 语言编译器需要产生一种元数据 它将提供在你使用语言中的类型 成员 引用的信息 元数据与代码一起存储 每个可加载的 CLR 映像均包含了元数据 运行时环境使用元数据定位并载入类 在内存中展开对象实例 解决方法调用 产生本地代码 强制执行安全性 并建立运行时环境的边界运行时环境自动处理对象的展开与引用 当它们不再使用时负责它们的释放 被运行时环境进行这样的生命期管理的对象被称为可操控代码 自动内存管理消除了内存溢出 同时也解决了其它一些常见的语法错误 如果你的代码是可操控的 你仍然可以在需要的时候使用非可控代码 或者在你的.NET 应用中同时使用可控与非可控代码 由于语言编译器支持他们自己的类型 比如一些原始类型 你可能并不总是知道也不必知道 你的数据是否是可控的 CLR 使设计跨语言的组件与应用变得更加容易 以不同语言设计的对象能够彼此间进行通信 并且它们的行为能够紧密地综合与协调 举个例子 你定义了一个类 然后可以在另一种不同的语言中从该类中派生了一个类或者调用它其中的一个方法你也可以向另一种语言中类的方法传递该类的一个实例 这种跨语言的集成之所以可能 因为以运行时间为目标的语言编译器与工具使用一种运行时间所定义的公用类型系统 他们遵守运行时的规则 公用语言规范 来定义新的类型 生成 使用 保持 并绑定类型作为元数据的一部分 所有可控组件携带了关于它们所依赖的组件与资源的信息运行时环境使用这些信息来保证你的组件或应用具有需要的所有东西的特定版本 其结果是你的代码将不会因为版本冲突而崩溃 注册信息与状态数据不再保存在难以建立与维护的注册表中 你所定义的类型及附属信息作为元数据被保存 这使得复制与移动组件的复杂程度得到降低编译工具用他们自己的方式向开发人员展现 CLR 的功能 这意味着运行时间的一些特性可能在不同的语言中的表现形式将会有所不同 你怎样体验运行时的特性将取决于你所使用的语言 比如说 如果你是一位 VB 开发人员 你可能注意到在运行时环境的帮助下 VB 语言比以前具有更多的面向对象的特性

2.2.2 可操控执行的含义


   前面的叙述中 我们多次提到了 可操控 这一概念 这意味着它指向的对象在执行过程中完全被运行时环境所控制 在执行过程中 运行时环境提供以下服务 自动内存管理 调试支持 增强的安全性及与非可操控代码的互操作性 例如 COM 组件在可控执行进程中的第一步是选择源代码的生成工具 如果你希望你的应用拥有CLR 提供的优势 你必须使用一种 或多种 以运行时为目标的语言编译器 例如 VB C# VC 的编译器 或者一种第三方编译器如 PERL 或 COBOL 编译器由于运行时是一种多语言执行环境 它支持众多的数据类型和语言特性 你使用的语言编译器决定你将使用运行时的哪一部分功能子集 在代码中使用的语法由你的编译器决定 而不是运行时环境 如果你的组件需要被其他语言的组件完全使用 那么你必须在你组件的输出类型中使用 CLR 所要求的语言特征 当你完成并编译你的代码时 编译器将它转换为微软中间语言 Microsoft Intermediate Language MSIL 同时产生元数据 当你要执行你的代码时 这种中间语言被即时 Just In Time JIT 编译器编译成为本地代码 如果安全策略需要的代码是类型安全的 通常情况下都是如此 JIT 编译器将在编译进程中对中间语言进行类型检查 一旦失败 在代码执行中将会触发异常


2.2.3 CLR 的突出特色


   跨语言集成的能力CLR 包含了一个丰富的语言特性集 保证了它与各种程序设计语言的兼容性 这一特性集即公用语言规范 稍后将对其进行详细说明内存管理自动化在执行过程中管理应用程序的资源是一项单调而困难的工作 它会将你的注意力 从你本应解决的问题中引开 而垃圾收集机制完全解决了程序员在编程过程中头痛的问题 跟踪内存的使用 并知道何时将它们释放在面向对象的环境中 每种类型都标识了对你的应用有用的某种资源 为了使用这些资源 你需要为类型分配内存 在应用中 访问一种资源要通过以下步骤
1 为类型分配内存
2 初始化内存 设置资源的初始状态并使其可用
3 通过访问该类型的实例成员来访问资源
4 卸下将被清除的资源状态
5 释放内存
    这一看似简单的过程在实际的编程中是产生程序错误的主要来源之一 更可怕的是 内存中的错误往往导致不可预见的结果 如果你有过编程的经验 想想看 有多少次你的程序因为内存访问错误而崩溃 CLR 要求所有的资源从可操控的堆 注 在此指一种内存结构 中分配 当一个进程被初始化后 CLR 保留了一个未被分配的地址空间 这一区域叫做可操控堆 在堆中保持了指向下一个将被分配给对象的堆地址的指针 NEXT 初始状态下 该指针是保留地址空间的基地址 一个应用使用新的操作产生对象 此操作首先检查新对象需要字节的大小是否会超出保留空间 如果对象大小合适 指向下一个地址的指针将指向堆中的这个对象 该对象的构造器被调用 新的操作返回对象的地址当一个应用请求建立一个对象时 地址空间可能不够大 堆将发现这一点 通过将新对象的大小与 NEXT 指针相加 并与堆的大小进行比较 这时垃圾收集器就将被调用 在这里 CLR 引入了 代 的概念 代 指堆中对象产生的先后 这样 垃圾收集器在将发生溢出时回收属于特定的 代 的对象 而不是回收堆中的所有对象
6 即时编译在各种语言的编译器对源代码进行编译之后 在 CLR 环境中产生的是中间代码 出于兼容性与跨语言集成的考虑 其内容虽然有效 但在转化为本地代码之前它本身是不可执行的 这就是 JIT 编译器需要完成的工作 这里需要说明一个问题 为什么要即时编译 而不是一次性的将中间代码文件进行编译 答案很简单 原因在于效率 在大型的应用中 你很少会用到程序的全部功能 这种边执行边编译的措施比一次性的完全编译效率更高在 Windows 平台中 CLR 带有三个不同的 JIT 编译器
7 缺省的编译器 主编译器 由它进行数据流分析并输出经过优化的本地代码 所有的中间代码指令均可被它处理
8 PREJIT 它建立在主 JIT 编译器之上 其运行方式更像一个传统的编译器每当一个.NET 组件被安装时它就运行
9 ECONOJIT 在并不充分优化的前提下 它能够快速完成 IL 代码到本地码的转换 编译速度与运行速度都很快 为了配合编译器的工作 在.NET SDK 的安装路径下的/bin 目录中有一个负责管理JIT 的应用程序 jitman.exe 具体的使用参见联机帮助
10 解决版本与发布问题
   在当前以组件为基础的系统中 开发人员和用户对于软件版本和发布中存在的问题已经十分熟悉了 当我们安装一个新的应用之后 我们很可能发现原本正常的某个应用程序奇怪地停止了工作 绝大多数开发人员将时间花在了确保所有注册表入口的一致性 以便激活 COM 类上 这就是所谓的 DLL 地狱.NET 平台通过使用集合来解决这一问题 在这里 集合 是一个专有名词 指类型与资源的发布单元 在很大程度上它等同于今天的 DLL 正像.NET 用元数据描述类型一样 它也用元数据描述包含类型的集合 通常说来 集合由四个部分组成 集合的元数据 集合的内部清单 元数据描述的类型 实现类型的中间语言代码和一组资源 在一个集合中 以上四个部分并不是都必须存在 但是 集合中必须包含类型或资源 这样集合才有意义 在.NET 中一个基本的设计方针是使用孤立的组件 一个孤立的集合的含义是指一个集合只能被一个应用所访问 在一台机器上 它不被多个应用共享 也不会受其它应用程序对系统的更改的影响 孤立 赋予了开发人员在自己的程序中对代码的完全控制权 任何共享代码都需要被明确地标识 同时 .NET 框架也支持共享集合的概念 一个共享集合指在一台机器上被多个应用共享的集合 共享集合需要严格地命名规定 有了.NET 应用程序间的共享代码是明确定义的 共享集合需要一些额外的规则来避免我们今天遇到的共享冲突问题 共享代码必须有一个全局唯一的名称 系统必须提供名称保护 并在每当引用共享集合时 CLR 将对版本信息进行检查 此外.NET 框架 允许应用或管理员在明确说明的版本政策下重写集合的版本信息


2.2.4 公用语言规范


   使被不同语言的编译器所编译的对象能够相互理解的唯一方法 是所有在互操作过程中涉及的数据类型和语言特性对所有的语言来说是公共的 为了这个目的 公用运行时环境标识了一组语言特征的集合 称为公用语言规范 CLS 如果你的组件在应用程序接口 Application Program Interface 中仅使用 CLS 的特征语言 包括子类 那么该组件能够被任何支持CLS的语言所编译的组件访问 所有支持CLS并仅使用CLS中的语言特征的组件被称为符合 CLS 的组件 设计公用语言规范时遇到的一个最主要的挑战是选择适当的语言特性子集的大小 它应具有完全的表达能力 又应足够小 使得所有的语言能够容纳它 由于 CLS 是关于语言互用性的规范 它的规则仅应用于外部可见的条目中 CLS 假设语言间的互操作性仅在语言集合的边界发生交叉时才是重要的 也就是说 在单一的语言集中 对于编程技术的使用没有任何限制 CLS 的规则仅作用于在定义它们的语言集合之外 仍然可见的项上 这样就大大缩小了 CLS 的范围 减轻了系统的负担 在 CLS 中是用 System.CLSCompliantAttribute 类来标识一个集合或者类是否是符合CLS 规范的 在 System.CLSCompliantAttribute 的构造器中有一个 Boolean 型的返回值 代表了与之相关联的项是否符合 CLS 规范



开 发 工 具


.NET 为使用与开发人员提供了功能强大 种类丰富的管理与开发工具 同时 它们也是.NET 框架提供的服务 我们将它们列在下面 正是由于有了它们的支持.NET 才变得如此强大
1. Visual Studio.NET 是.NET 的核心开发工具 包括微软提供的各种开发语言其中有 Visual C#
2. Assembly Generation Utility (al.exe) 用来建立集合的工具 它能够将资源文件或 MSIL 格式的文件转换为带有内容清单的集合
3. Windows Forms ActiveX Control Importer (aximp.exe) 完成 COM 类库中类型定义的转换 使 ActiveX控件能够在 Windows 窗口控件上使用
4. Code Access Security Policy Utility (caspol.exe) 在用户与机器水平上修改安全策略

5. Software Publisher Certificate Test Utility (Cert2spc.exe) 用于从 X.509 证书中生
成软件出版证明书 SPC
6. Certificate Manager Utility (certmgr.exe) 管理证书 证书信任列表和证书回收列表
7. Certificate Verification Utility (chktrust.exe) 检查证书签名的合法性
8. Runtime Debugger (cordbg.exe) 运行时调试器 是一个命令行程序 帮助开发人员发现和调试基于 CLR 的应用程序中的错误
9. Global Assembly Cache Utility (gacutil.exe) 允许你浏览与操纵全局集合缓存中内容的命令行程序
10. MSIL Assembler (ilasm.exe) MSIL 汇编程序 协助设计与实现 MSIL 生成器的程序
11. MSIL Disassembler (ildasm.exe) MSIL 反汇编程序 与 ilasm.exe 共同使用 将由 MSIL 代码产生的 Portable Executable 文件转换为文本文件
12. Installer Utility (installutil.exe) 用来安装与卸载服务资源
13. License Compiler (lc.exe) 产生可包含在可执行二进制文件中的二进制资源文件
14. Certificate Creation Utility (makecert.exe) 生成 X.509 证书与用于数字签名的公用与私有密钥
15. Permissions View Utility(permview.exe) 通过一个集合浏览许可集的工具
16. Peverify Utility(peverify.exe) 检查中间语言与元数据是否符合类型安全认证要求
17. Assembly Registration Tool(RegAsm.exe) 读取集合中的元数据并加上必要注册表入口信息 使得 COM 客户透明地建立 CLR 的类
18. Services Registration Tool (RegSvcs.exe) 服务注册工具 它完成执行以下功能装载与注册一个集合 为现有的 COM+1.0 应用生成 注册与安装类库
19. Resource File Generator Utility(ResGen.exe) 资源文件生成器 用来将文本文件和 XML 格式的资源文件转换为 CLR 的二进制文件
20. Secutil Utility(SecUtil.exe) 使得从集合中抽取的安全信息更加容易
21. Set Registry Utility(setreg.exe) 改变注册表中公开密钥密码系统的设置
22. Assembly Cache Viewer(shfusion.dll) 允许你使用 Windows 浏览器察看与操作全局集合缓存中的内容
23. File Signing Utility(signcode.exe) 为 PE (portable executable)文件做标记 赋予程序员在组件安全约束的基础上对安全性有更多的控制权
24. Shared Name Utility(Sn.exe) 帮助程序员以共享名称建立集合
25. Soapsuds Utility(SoapSuds.exe) 使用远程技术帮助你编译与 Web 服务相通信的客户应用
26. Isolated Storage Utility(storeadm.exe) 一种用来管理隔离存储区的命令行工具
27. Type Library Exporter(TlbExp.exe) 命令行程序 生成由集合名称指示的包含集合中公共类型定义的类库
28. Type Library Importer (TlbImp.exe) 将 COM 类库中的类型定义转换为在 CLR 中与元数据格式一致的类型定义
29. Web Service Utility(WebServiceUtil.exe) 帮助建立 ASP.NET Web 服务与客户
30. Windows Forms Class Viewer(wincv.exe) 能够在某种查找模式下快速查找类或者类序列的信息
31. Windows Forms Designer Test Container(windes.exe) 允许开发人员测试开发出的视窗窗体控件在设计时的行为
32. XML Schema Definition Tool(xsd.exe) XML 计划定义工具

你可能感兴趣的:(垂直搜索引擎设计开发)