.NET体系结构2014-06-16本文基于.NET 4.0从整体上论述.NET框架的体系结构，从新的角度对安全相关比较密切的地方进行介绍。由于本书的性质不同于编程类教程，许多细节问题只能简略概括或者略掉不讲，有疑惑的读者还望多多见谅并查找相关资料自行修炼。本文从.NET安全的需要出发，主要介绍公共语言运行库（CLR）、公共类型系统（CTS）、公共语言规范（CLS）、中间语言（IL）、框架类库（FCL）、基础类库（BCL）、即时编译（JIT）和预编译，以及动态语言运行时（DLR），从底层进行详细地解析。1.1公共语言运行时公共语言运行时（Common Language Runtime，CLR）为.NET Framework提供了托管运行环境，它负责运行托管代码，进行安全检查，垃圾回收等。本节对运行库进行概述，与安全相关的详细内容将会在后续章节进行详细剖析。微软公司为开发人员开发由CLR负责运行的程序创造了非常便利的条件，开发工具及编译器不断升级，丰富的文档详细地介绍了.NET开发的方方面面。使用基于CLR的语言编译器开发的代码称为托管代码。托管代码具有许多优点，例如跨语言集成、跨语言异常处理、增强的安全性、版本控制和部署支持、简化的组件交互模型、调试和分析服务等。若要使CLR能够向托管代码提供服务，语言编译器必须生成一些元数据来描述代码中的类型、成员和引用。元数据与代码一起存储；每个可加载的CLR可移植执行 （Portable Executable，PE） 文件都包含元数据。CLR使用元数据来完成以下任务：查找和加载类、在内存中安排实例、解析方法调用、生成本机代码、强制安全性，以及设置运行时上下文边界。CLR自动处理对象布局并管理对象引用，当不再使用对象时释放它们。按这种方式实现生存期管理的对象称为托管数据。如果编写的代码是托管代码，可以在.NET Framework应用程序中使用托管数据、非托管数据，或者同时使用这两种数据。由于语言编译器会提供自己的类型（如基元类型），因此你可能并不总是知道（或需要知道）这些数据是否是托管的。有了CLR，就可以很容易地设计出对象能够跨语言交互的组件和应用程序。也就是说，用不同语言编写的对象可以互相通信，并且它们的行为可以紧密集成。例如，可以定义一个类，然后使用不同的语言从原始类派生出另一个类或调用原始类的方法，还可以将一个类的实例传递到用不同的语言编写的另一个类的方法。这种跨语言集成之所以成为可能，是因为基于CLR的语言编译器和工具使用由CLR定义的通用类型系统，而且它们遵循CLR关于定义新类型以及创建、使用、保持和绑定到类型的规则。所有托管组件都带有生成它们所基于的组件和资源的信息，这些信息构成了元数据的一部分。CLR使用这些信息确保组件或应用程序具有它所有所需内容的指定版本，这样就使代码不太可能由于某些未满足的依赖项而发生中断。注册信息和状态数据不再保存在注册表中（因为在注册表中建立和维护这些信息很困难）。取而代之的是，有关定义类型（及其依赖项）的信息作为元数据与代码存储在一起，这样大大降低了组件复制和移除任务的复杂性。语言编译器和工具公开CLR功能的方式对于开发人员来说不仅有用，而且很直观。这意味着，CLR的某些功能可能在一个环境中比在另一个环境中更突出，对CLR的体验取决于所使用的语言编译器或工具。1.2公共类型系统众所周知，每一种编程语言都有自己的类型系统，但稍微接触过不同语言的读者都会发现，各种语言的类型系统都有许多相同或相似的地方。.NET利用各种语言相近的特性抽象出完整的一套公共类型系统（CTS），使所有类型独立于编写它们的源代码语言。CTS构成了.NET框架的公共语言运行时的基础，其中最重要的体现就是.NET平台的多语言支持，而运行于.NET平台的每一种语言又为了维护自己的语法特色，便使用别名来代替.NET的基础数据类型。CTS的引入解决了许多由多语言协作开发各个模块所带来的问题。1.2.1 CTS基本结构CTS不仅定义了所有的数据类型，并提供了面向对象的模型以及各种语言需要遵守的标准。CTS可以分为两个大类：值类型和引用类型，同时这两种类型之间还可以进行强制转换，从值类型到引用类型的转换称为Boxing（装箱），从引用类型到值类型的转换称为UnBoxing（拆箱）。CTS的基本结构如图1-1所示，CTS的每一种类型都是对象，并继承自一个基类System.Object。
图1-1 CTS基本结构
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