【轉】簡析 .NET Core 構成體系

　　前文介紹了.NET Core 在整個.NET 平臺所處的地位，以及與.NET Framework的關係(原文連接)，本文將詳細介紹.NET Core 框架的構成和各模塊主要功能，以及如何實現跨平臺。

　　上圖描述了 .NET Core的系統構成，最上層是應用層，是開發基於UI應用的框架集，包括了ASP.NET Core(用於建立web app)，和 UWP(用於建立Windows10 app)。

　　中間層是公共庫(CoreFX),實現了.NET Standard Library ,囊括了經常使用系統級操做例如（文件、網絡等）。

　　在CoreFx下是運行時環境，.NET Core 包含了兩種運行時(CoreCLR、CoreRT),CoreCLR是一種基於即時編譯程序(Just in time compiler,JIT)的運行時,它使用了跨平臺開源的編譯器RyuJIT,而CoreRT是使用提早編譯器(Ahead of time compiler,AOT)的運行時,它既可使用RyuJIT來實現AOT編譯也可使用其餘的AOT編譯器。因爲AOT提早編譯IL成了機器碼，在移動設備上也具備更好的啓動速度和節能性。

　　最後還要提到一個開源的跨平臺源代碼編譯器Roslyn，它有別於剛纔兩個編譯器，JIT和AOT編譯器主要用於將IL編譯成本機機器碼，而Roslyn是將C# 或 VB.NET 代碼編譯成程序中間語言(intermediate language,IL)。

　Roslyn 編譯器

　　Roslyn編譯器用於將C#或VB.NET代碼編譯爲程序集(assembly)，它的編譯過程是一個管道式的處理過程一共包含4個步驟，具體過程見下圖。

　　A. Parser(解析)

　　根據語法對源代碼進行解析。

　　B. Declaration (聲明)

　　爲代碼生成元數據(metadata),元數據是一個數據表的集合，描述了在當前代碼中定義的數據類型和成員，同時也描述了引用的類型及成員。

　　C. Bind(綁定)

　　將生成的IL代碼與描述它的元數據綁定在一塊兒，生成託管模塊(managed module)。

　　D. Emit(生成)

　　將一個或多個託管模塊合併生成程序集(assembly)。

　RyuJIT 編譯器

　　在程序運行中須要執行某一個方法，首先須要將已經編譯好的IL轉換本機的機器碼，而這個任務就交給了RyuJIT。它是新一代JIT編譯器，第一次實現了AMD64的架構，RyuJIT可以比JIT64(上一代編譯器)更快地生成代碼，以提升程序運行效率。

　CoreCLR & CoreRT

　　.NET Core Runtime (CoreCLR) 和 .NET Core Runtime (CoreRT) 都是.NET Core的運行時(Runtime),它們提供了與.NET Framework CLR 相似的核心功能(內存管理、程序集加載、安全性、異常、線程管理等)，可由面向於運行時的全部語言使用。

　　CoreRT 和 CoreCLR 不一樣的是，CoreRT 提供了一套AOT 的機制,能夠將.NET Core程序編譯成原生代碼，不依賴 .NET 運行時而運行在宿主機器上。除此以外兩個運行時大部分功能代碼是共享的，好比GC。AOT的優化帶來很多好處：

• 編譯後生成一個單文件，包含全部的依賴，包括 CoreRT，無需安裝Framework

• 啓動時是機器碼，不須要生成機器碼，也不要加載JIT編譯器

• 可使用其餘優化編譯器，包括 LLILC ,IL to CPP

　　CoreRT有兩個方式生成機器碼，第一個使用是直接編譯IL成機器碼，默認狀況下，RyuJIT 做爲一個 AOT 編譯器將IL編譯成機器碼，另外一個方式是將C#代碼編譯成C++代碼，而後調用對應平臺的C++編譯器優化編譯成機器碼。

　　使用 RyuJIT 編譯成機器碼

dotnet restore
dotnet build --native --ilcpath <repo_root>\bin
\Product\Windows_NT.x64.Debug\packaging\publish1

　　編譯生成 C++ 代碼

dotnet restore
dotnet build --native --cpp --ilcpath <repo_root>\bin\Product\Windows_NT.x64.Debug\packaging\
publish1 --cppcompilerflags /MTd

　　CoreRT也有不足之處，它須要爲不一樣平臺編譯一次；但凡事有可是，它容許工程師能夠不發佈到不想支持的平臺（好比某遊戲僅支持桌面，不支持手機）。

注：這兩個命名在.NET Core RC2 版本中均沒法使用，按照官方說法是在當前版本中已經移除這個命令了，具體等6月27日正式版發出後才知道最後的狀況

　CoreFX(.NET Core Libraries)

　　CoreFX主要包含數個公共庫，例如 System.Collections, System.IO, System.Xml等。CoreFX是 .NET Standard Library 的實現，一樣的.NET Framework 4.6.3也是基於.NET Standard Library的實現。它們目前都是基於.NET Standard Library1.6版本，具體見下表：

　.NET Core 代碼開發、部署、運行過程

　　從上圖能夠看到使用JIT編譯和使用AOT編譯源代碼並運行程序是兩種不一樣的流程。

　　若是使用JIT編譯器部署程序時只須要將程序打包爲IL的assemblies，在方法第一次執行前編譯器將IL編譯爲目標機機器碼(Native code)，而AOT編譯會在編譯時將源代碼直接編譯爲目標機機器碼。

　　AOT將源代碼編譯爲機器碼，擁有以下特性：

• 用靜態代碼替換反射，例如若是一個值類型(value type)沒有重寫 ValueType.Equals 的equals的方法，默認狀況判斷相等，會使用反射找到filedinfo以肯定type是否相等，而後再比較value是否相等。而在AOT編譯中因爲替換了反射所以只能比較value是否相等。

• 依賴的第三方類庫以及.NET Libraries均打包至最終編譯的程序中。

• 打包後的程序運行在一個精簡版的運行時上(CoreRT)主要包含垃圾回收器，而運行時也會打包在app文件中。

• 雖然編譯時會替換反射代碼，但遇動態反射代碼無能爲力，運行時若遇動態反射調用則會因找不到對應的元數據及實現而拋出異常。解決辦法是編譯前配置運行時指令文件(Runtime directive file)指定須要用到的程序集。

　總結

　　本節介紹了.NET Core的構成體系，包括新增的多個編譯器以及遵循.NET Standard Library的CoreFX,整體來講.NET Core較以前的.NET Framework 從性能和開發效率上都有很大的提高。關鍵是首次實現了.NET的徹底跨平臺能力的基礎技術棧。

　　.NET Core 基於跨平臺能力，並無將與 GUI 高度相關的 API 移植到 .NET Core 內，所以像是 Windows Forms 或是 Windows Presentation Foundation (WPF) 並未移植到 .NET Core。.NET Core 支持控制檯應用程序 (Console Application) 以及類庫 (Class Library) 類型的項目。

　　不過微軟在其 Universal Windows Platform (UWP) 開發平臺使用了 .NET Core，而且利用 .NET Native 技術將其性能提高至十分接近原生碼的速度。

　　ASP.NET Core 則以控制檯應用程序驅動其託管環境 Kestrel Server 以支持 ASP.NET Core 程序的運行。