flier lu <[email protected]>
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与传统的win32可执行程序中的本机代码(native code)不同，
微软推出的.net架构中，可执行程序的代码是以类似java byte code的
il (intermediate language)伪代码形式存在的。在.net可执行程序载入后，
il代码由clr (common language runtime)从可执行文件中取出，
交由jit (just-in-time)编译器，根据相应的元数据(metadata)，
实时编译成本机代码后执行。
因此，一个clr可执行程序的启动过程可以分为三个步骤。
首先，windows的可执行程序载入器(os loader)载入
pe (portable executable)结构的可执行文件映像(pe image)，
将执行权传递给clr的支持库中的unmanaged code。
其次，启动或使用现有的clr引擎，建立新的应用域(application domain)，
将配件(assembly)载入到此应用域中。
最后，将执行权从unmanaged code传递给managed code，执行配件的代码。
下面我将详细说明以上步骤。
自从win95发布以来，可执行程序的pe结构就没有发生大的改动。
此次.net平台发布，也只是利用了pe结构中现有的预留空间，
以保持pe结构的稳定，最大程度保持向后兼容。
（详情请参看笔者《ms.net平台下clr 扩展pe结构分析》一文）
clr程序在编译后，将可执行程序入口直接以一个间接跳转指令
指向mscoree.lib中的_corexemain函数（dll将入口指向_cordllmain函数）。
因此clr可执行程序在被os loader载入后，将由_corexemain函数处理clr引擎
启动事宜。此函数将启动或使用一个现有的clr host来加载il代码。
常见的clr host有asp.net、ie、shell、数据库引擎等等，
他们的作用是启动一个clr实例，管理在此clr实例中运行的clr程序。
我们接着来看一看一个clr host是如何实际运作的。
clr作为一个引擎，在同一台计算机上是可以存在多个版本的，
不同版本之间可以通过配置良好共存。在
%windir%/microsoft.net/framework
（%windir%表示windows系统目录所在位置）目录下，
我们可以看到以版本号为目录名的多个clr版本，
如%windir%/microsoft.net/framework/v1.0.3705等等，
也可以在注册表的
hkey_local_machine/software/microsoft/.netframework/policy/v1.0
键下查看详细的版本兼容性.name是build号,value是兼容的build号.
而每一个clr版本又分为server和workstation两类运行库,
我们等会讲创建clr时会详细谈到.
clr host在启动clr之前,必须通过一个startup shim的库进行操作,
实际上就是mscoree.dll,他提供了版本无关的操作函数,以及启动clr所需
的支持,如corbindtoruntimeex函数.
clr host通过shim的支持库,将clr引擎载入到进程中.具体函数如下
stdapi corbindtoruntimeex(lpcwstr pwszversion,
lpcwstr pwszbuildflavor, dword startupflags,
refclsid rclsid, refiid riid, lpvoid far *ppv);
参数pwszversion指定要载入的clr版本号,注意必须在前面带一个小写的"v",
如"v1.0.3705",可以通过查阅前面提到的注册表键,获取当前系统安装的不同clr
版本情况,或指定固定的clr版本.也可以传递null给这个参数,系统将自动选择最新
版本的clr载入.
参数pwszbuildflavor则指定载入的clr类型,"srv"和"wks".
前者适用于多处理器的计算机,能够利用多cpu提高并行性能.对单cpu
系统而言,无论指定哪种类型都会载入"wks",传递null也是如此.
参数startupflags是一个组合参数.由多个标志位组成.
startup_concurrent_gc标志指定是否使用并发的gc(garbage collection)
机制,使用并发gc能够提高系统的用户界面相应效率,适合窗口界面使用较多的程序.
但并发gc会因为无谓的线程上下文(thread context)切换损失效率.
以下三个参数用于指定配件载入优化策略.我们等会详细讨论.
startup_loader_optimization_single_domain = 0x1 << 1,
startup_loader_optimization_multi_domain = 0x2 << 1,
startup_loader_optimization_multi_domain_host = 0x3 << 1,
接着的三个参数用于获取icorruntimehost接口.
实际调用实例如下.
ccomptr<icorruntimehost> sphost;
check(corbindtoruntimeex(null, l"wks",
startup_loader_optimization_single_domain | startup_concurrent_gc,
clsid_corruntimehost, iid_icorruntimehost, (void **)&sphost));
这行代码载入最高版本clr的wks类型运行库,为单应用域进行优化并使用并发gc机制.
前面提到了配件载入优化策略,要理解这个概念,我们必须先了解应用域的概念.
传统win程序中,资源的分配管理单位是进程,操作系统以进程边界将应用程序实例隔离开
,
单个进程的崩溃不会对其他进程产生直接影响,进程也不能直接使用其他进程的资源.
进程很好,但使用进程的代价太大,为此win32引入了线程的概念.同一进程中的线程能够
共享资源,线程管理和切换的代价也远远小于进程.但因为在同一进程中,线程的崩溃会直
接
影响到其他线程的运行,也无法约束线程间数据的直接访问等等.
为此,clr中引入了application domain应用域的概念.应用域是介于进程和线程
之间的一种逻辑上的概念.他既有线程轻巧,管理切换快捷的优点,也有进程在稳定性方面
的优点,单个应用域的崩溃不会直接影响到同一进程中的其他应用域,应用域也无法直接
访问同一进程中的其他应用域的资源,这方面和进程完全相同.
而clr的管理就是完全面向应用域一级.clr不能卸载(unload)某个类型或配件,
必须以应用域为单位启动/停止代码,获取/释放资源.
clr在执行一个配件时,会新建一个应用域,将此配件放入新的应用域.如果多个应用域
同时使用到一个配件,就要涉及到前面提到的配件载入优化策略了.最简单的方法是使用
startup_loader_optimization_single_domain标志,每个应用域拥有一份独立的
配件的镜像,这样速度最快,管理最方便,但占用内存较多.相对的是所有应用域共享一份
配件的镜像,(使用startup_loader_optimization_multi_domain标志)
这样节约内存,但在此配件中存在静态变量等数据时,因为要保证每个应用域有独立的数
据,
所以会一定程度上影响效率.折中的方案是使用
(使用startup_loader_optimization_multi_domain_host标志)
此时,只有那些有strong name的配件才会被多个应用域共享.
这里又涉及到一个概念strong name.他是一个配件的身份证明,他由配件的
名字/版本/culture以及数字签名等组成.在配件发布时用以区别不同版本.
也在安全/版本控制等方面起到重要作用,以后有机会会专门讲解.暂且跳过.
获取了icorruntimehost接口的指针后,我们可以以此指针取得当前/缺省应用域,
并可枚举clr引擎实例中所有的应用域.
ccomptr<iunknown> spunk;
ccomptr<_appdomain> spappdomain;
check(sphost->getdefaultdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << l"default appdomain is " << (wchar_t
*)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
check(sphost->currentdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << l"current appdomain is " << (wchar_t
*)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
hdomainenum henum;
check(sphost->enumdomains(&henum));
spunk = null;
while(sphost->nextdomain(henum, &spunk) != s_false)
{
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << (wchar_t *)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
}
check(sphost->closeenum(henum));
当前应用域是指当前线程运行时所在应用域.注意线程属于进程,但不属于某个应用域,
一个线程可以跨应用域操作.可以通过线程类的thread.getdomain获取线程当前所在
应用域.
缺省应用域是clr引擎载入后自动建立的应用域,其生命期贯串clr引擎的使用期,
一般在此应用域中执行clr host的managed code端管理代码,而不执行用户代码.
接下来,是载入用户代码所在配件的时候了.方法有两种,一是接着使用完全的
native code或者说unmanaged code通过bcl的com包装接口操作;二是将操作
移交给managed code部分的clr host代码执行.后者实现简单,速度较快.
笔者以后将单独以一篇文章介绍clr host的managed code部分代码的设计编写.
这里将简要介绍第一种实现.
以unmanaged code完整实现clr host虽然麻烦,但功能更加强大.但因为操作中
要不断在unmanaged/managed code之间切换,效率受到一定影响.(切换的调用
是通过idispatch接口实现,本身效率就很低,加上ccw(com callable wrapper)
的包装,低于直接使用managed code的效率.
以unmanaged code调用配件,必须知道配件的部分信息,如配件的名字,
要调用的类的名字,要调用的函数等等.可以指定参数的方式来使用,也可以通过
pe映像中clr头的il入口entrypointtoken以及metadata的信息来获取
（详情请参看笔者《ms.net平台下clr 扩展pe结构分析》一文metadata篇）
这里为了示例简单,采用参数传递方式.
if(argc < 4)
{
cerr << "usage: " << argv[0] << " <assembly name> <class name> <main
function name> <parameters>" << endl;
}
else
{
_bstr_t bstrassemblyname(argv[1]),
bstrclassname(argv[2]),
bstrmainfuncname(argv[3]);
...
}
例子中以命令行方式传递配件/类/函数名信息.
spunk = null;
check(sphost->getdefaultdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
首先获取缺省应用域,在此应用域中创建指定配件中指定类.这里为例子简洁
直接在缺省应用域中载入配件,实际开发中应避免这种方式,而采用建立新应用域
的方式来载入配件.关于新建应用域以及建立时的配置,设计问题较多,以后再专门
写文章详述,这里略去.
_objecthandleptr spobj = spappdomain->createinstance(bstrassemblyname,
bstrclassname);
ccomptr<idispatch> spdisp = spobj->unwrap().pdispval;
建立配件中类实例后,取得一个_objecthandleptr类型值,
通过unwrap()调用获取idispatch接口,然后就可以通过此接口,以传统的com
方式控制clr中的类.
int argcount = argc-4;
dispid dispid;
lpolestr rgszname = bstrmainfuncname;
variantarg *pargs = new variantarg[argcount];
for(int i=0; i<argcount; i++)
{
variantinit(&pargs[i]);
pargs[i].vt = vt_bstr;
pargs[i].bstrval = _bstr_t(argv[4+i]);
}
dispparams dispparamsnoargs = {pargs, null, argcount, 0};
check(spdisp->getidsofnames(iid_null, &rgszname, 1,
locale_system_default, &dispid));
check(spdisp->invoke(dispid, iid_null, locale_system_default,
dispatch_method,
&dispparamsnoargs, null, null, null));
delete[] pargs;
以上例子代码,将命令行传入参数放入参数数组,以idispatch->invoke调用指定名字
的方法.其后台操作均由ccw进行传递.如果要直接运行一个assembly,可以使用
iappdomain.executeassembly更加便捷.如
check(spappdomain->executeassembly(bstrassemblyname, null));
至此,一个简单但完整的clr host程序就完成了,他可以以完全的unmanaged code
启动clr引擎,载入指定assembly,以指定参数运行指定的类的方法.
下面是完整的示例程序,vc7编译通过,vc6修改一下应该也没有问题.
hello.cs
using system;
namespace hello
{
/// <summary>
/// summary description for class1.
/// </summary>
public class hello
{
public void sayhello(string name)
{
console.writeline("hello "+name);
}
}
}
clrhost.cpp
// clrhost.cpp : defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <mscoree.h>
#import <mscorlib.tlb> rename("reportevent", "reportevent_")
using namespace mscorlib;
#include <assert.h>
#include <string>
#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef hresult (__stdcall * getinfofunc)(lpwstr pbuffer, dword cchbuffer,
dword* dwlength);
#define check(v) /
if(failed(v)) /
cerr << "com function call failed - " << getlasterror() << " at " <<
__file__ << ", " << __line__ << endl;
wstring getinfo(getinfofunc func)
{
wchar_t szbuf[max_path];
dword dwlength;
if(succeeded((func)(szbuf, max_path, &dwlength)))
return wstring(szbuf, dwlength);
else
return null;
}
int _tmain(int argc, _tchar* argv[])
{
ccomptr<icorruntimehost> sphost;
check(corbindtoruntimeex(null, l"wks",
startup_loader_optimization_single_domain | startup_concurrent_gc,
clsid_corruntimehost, iid_icorruntimehost, (void **)&sphost));
wcout << l"load clr " << getinfo(getcorversion)
<< l" from " << getinfo(getcorsystemdirectory)
<< endl;
check(sphost->start());
ccomptr<iunknown> spunk;
ccomptr<_appdomain> spappdomain;
#ifdef _debug
check(sphost->getdefaultdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << l"default appdomain is " << (wchar_t
*)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
check(sphost->currentdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << l"current appdomain is " << (wchar_t
*)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
hdomainenum henum;
check(sphost->enumdomains(&henum));
spunk = null;
while(sphost->nextdomain(henum, &spunk) != s_false)
{
spappdomain = spunk; spunk = null;
wcout << (wchar_t *)spappdomain->getfriendlyname() << endl;
}
check(sphost->closeenum(henum));
#endif // _debug
if((argc < 2) || (argc == 3))
{
cerr << "usage: " << argv[0] << " <assembly name> <class name> <main
function name> <parameters>" << endl;
}
else
{
spunk = null;
check(sphost->getdefaultdomain(&spunk));
spappdomain = spunk; spunk = null;
_bstr_t bstrassemblyname(argv[1]);
if(argc == 2)
{
check(spappdomain->executeassembly(bstrassemblyname, null));
}
else
{
_bstr_t bstrclassname(argv[2]),
bstrmainfuncname(argv[3]);
_objecthandleptr spobj =
spappdomain->createinstance(bstrassemblyname, bstrclassname);
ccomptr<idispatch> spdisp = spobj->unwrap().pdispval;
dispid dispid;
lpolestr rgszname = bstrmainfuncname;
dispparams dispparamsargs = {null, null, 0, 0};
int argcount = argc-4;
if(argcount > 0)
{
dispparamsargs.cargs = argcount;
dispparamsargs.rgvarg = new variantarg[argcount];
variantarg *pargs = dispparamsargs.rgvarg;
for(int i=0; i<argcount; i++)
{
variantinit(&pargs[i]);
pargs[i].vt = vt_bstr;
pargs[i].bstrval = _bstr_t(argv[4+i]);
}
}
check(spdisp->getidsofnames(iid_null, &rgszname, 1,
locale_system_default, &dispid));
check(spdisp->invoke(dispid, iid_null, locale_system_default,
dispatch_method,
&dispparamsargs, null, null, null));
delete[] dispparamsargs.rgvarg;
}
}
check(sphost->stop());
return 0;
}
