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CLR 概述

运行时环境（Runtime Environment，简称Runtime）是指支持在特定平台上运行特定编程语言编写的软件所需的库和程序集，负责处理软件与操作系统之间的接口细节，如系统调用、程序的启动与终止、内存管理等。运行时环境可分为三类：纯静态环境（如Fortran）、基于堆栈环境（如C、C++、Pascal）和纯动态环境（如SmallTak、Java）。

CLR（Common Language Runtime）是.NET Framework 的核心部分，位于其最底层。CLR 是一个软件引擎，提供加载应用程序、程序编译、错误检查、安全许可认证、线程管理、远程处理、执行和内存清理等核心服务。作为一种纯动态运行时，CLR 的主要组成部分是虚拟执行引擎（Virtual Execution Engine，简称VEE）。

CLR 版本

尽管CLR 是.NET Framework 的子集，但它们的版本策略有所不同。截至2019年，微软发布了四个版本的CLR，以下是其对应关系：

在使用 ASP.NET Web Form 开发的应用程序部署到 IIS 服务器时，不同的 CLR 版本需要选择不同的托管管道模式。

CLR 组成

CLR 主要由以下11个功能组件构成：

Python Dependency Candidate Fetcher 2

根据包的能力以及 Jupyter 环境中的导入语句，从候选列表中挑选最适合用户表格工作流的 Python 包。

下载

（1）类加载器（Class Loader）：负责将应用程序的汇编加载到内存中。汇编包括微软中间语言（Microsoft Intermediate Language，简称MSIL）代码、描述应用程序中组件的元数据（类和类的布局描述），以及其他应用程序所需的组件。（2）即时编译器（Just-In-Time，简称JIT）：负责将MSIL翻译成本机执行代码。（3）代码管理器（Code Manager）：管理代码的执行。（4）垃圾回收器（Garbage Collection）：负责整个.NET运行时托管代码的内存分配与释放任务，通过一定的优化算法选择收集对象和时间，并进行自动的垃圾收集。（5）安全引擎（Security Engine）：提供基于认证的安全机制，如用户身份验证。（6）调试引擎（Debugger）：使开发者能够调试和跟踪应用程序代码。（7）类型检查器（Type Checker）：检查并禁止非安全的类型转换以及未初始化的变量的使用。（8）异常管理器（Exception Manager）：提供结构化的异常处理，与Windows结构化异常处理机制（SHE）集成，改进了错误报告。（9）线程支持（Thread Support）：提供了多线程编程的类和接口。（10）COM列集器（COM Marshaler）：处理与COM之间的配置。（11）.NET 基础类库（BCL）：集成具有支持.NET Framework 类库运行时的代码。

CLR 运行机制

编译器（Windows平台上有3个不同的JIT编译器）1、JIT -- 标准编译器。运行时默认使用的JIT编译器。代码高度优化，资源开销大，它要求计算机具有足够的内存来高速缓存编译后的代码，以便重复利用。如果没有足够的内存来高速缓存编译后代码，就需要反复调用JIT，由于优化技术需要花时间，这样就大大降低了编译的速度。2、EconoJIT -- 经济编译器。它不使用优化技术进行编译。代码不能高速缓存，但可以快速将MSIL转换成托管的原始代码，从而提高编译速度。3、PreJIT -- 类似传统的编译器。在应用程序首次安装到计算机时，将整个应用程序转换为本机代码。

编译流程（1）编译器首先将支持的.NET语言（如C#、VB.NET、VC++等）编写的源代码编译成托管的中间语言（MSIL）代码，而不是机器码。这些MSIL代码构成可移植执行的.exe文件（Portable Executable，简称PE）。在编译源代码为MSIL的同时，元数据引擎生成元数据信息，这些代码可以和其他语言编译的代码链接成一个EXE或DLL文件（通过链接器实现）。（2）由于本地CPU无法直接执行MSIL指令，执行应用程序时，类加载器首先将应用程序的汇编（MSIL代码和元数据）加载到内存中，然后使用其中的元数据加载任何应用程序所需的组件支持的汇编，并进行类型安全和版本检查。例如：它可能加载一个桌面应用程序所需的图形用户接口（GUI）控制的汇编等。（3）CLR 不会将应用程序的所有MSIL代码都翻译成CPU指令代码，仅在用户需要运行一个托管的应用程序时，操作系统装载器才加载CLR，此时CLR 才开始翻译该应用的MSIL代码。当然，如果开发人员希望在应用程序首次安装到计算机中时就全部从MSIL转变为本机代码，那么可以使用PreJIT编译器实现，PreJIT自动把MSIL转换为本机代码。（4）JIT编译器与其他大多数编译器不同。JIT编译器仅执行编译过程，而在其他编译器（如C和C++）中需要经过编译和链接两个阶段。也就是说，.NET下的源程序（如C#等）并不被编译成目标文件（.obj），而是直接生成可执行文件（.exe）或动态链接库（.dll）。在.NET下，编译器不需要包含链接器。

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