CLR 在执行您的代码之前执行的 68 件事 (*)

Matt Warren

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2017 年 2 月 7 日

CPOL

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16654

以下是 CLR 在执行您的任何代码之前执行的 68 件事的列表

由于 CLR 是一个托管环境，运行时中有许多组件需要在执行您的任何代码之前进行初始化。这篇博文将探讨 EE（执行引擎）的启动例程，并详细检查初始化过程。

(*) 68 只是一个大致的数字，具体取决于您使用的运行时版本、启用的功能以及其他一些因素。

Hello World

想象一下，您有一个最简单的 C# 程序，在 CLR 在控制台打印“Hello World”之前必须发生什么？

using System;

namespace ConsoleApplication
{
    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }
}

进入 EE（执行引擎）的代码路径

当 .NET 可执行文件运行时，控制通过以下代码路径进入 EE：

_CorExeMain()（外部入口点）
- 调用 _CorExeMainInternal()
_CorExeMainInternal()
- 调用 EnsureEEStarted()
EnsureEEStarted()
- 调用 EEStartup()
EEStartup()
- 调用 EEStartupHelper()
EEStartupHelper()

（如果您对在此之前发生的事情感兴趣，即 CLR Host 如何启动运行时，请参阅我之前的博文 dotnet CLI 工具如何运行您的代码）。

这样我们就进入了 EEStartupHelper()，它在高层上执行以下操作（来自 ceemain.cpp 中的注释）

EEStartup 负责运行时的所有一次性初始化。
它所做的一些亮点包括：

创建默认和共享的 AppDomain。

加载 mscorlib.dll 并加载基本类型（System.Object）。

EE（执行引擎）启动例程的主要阶段

但是，让我们详细看看它做了什么。下面的列表包含从 EEStartupHelper() (~500 行代码) 进行的所有单独函数调用。为了使它们更容易理解，我们将它们分成不同的阶段。

阶段 1 - 设置所有组件运行之前需要就绪的基础设施
阶段 2 - 初始化核心、低级组件
阶段 3 - 启动低级组件，即错误处理、性能分析 API、调试
阶段 4 - 启动主要组件，即垃圾回收器 (GC)、AppDomain、安全性
阶段 5 - 最终设置，然后通知其他组件 EE 已启动

注意，下面列表中的某些项目仅在特定的功能在构建时定义时包含，这些项目通过包含 ifdef 语句来指示。另请注意，链接指向的是被调用函数的代码，而不是 EEStartupHelper() 中的代码行。

阶段 1 - 设置所有组件运行之前需要就绪的基础设施

连接控制台处理 - SetConsoleCtrlHandler(..) (ifndef FEATURE_PAL)
初始化内部 SString 类（所有内容都使用 string！）- SString::Startup()
确保配置已设置，以便可以访问控制运行时选项的设置 - EEConfig::Set-up() 和 InitializeHostConfigFile() (#if !defined(CROSSGEN_COMPILE))
初始化 NUMA 和 CPU 组信息 - NumaNodeInfo::InitNumaNodeInfo() 和 CPUGroupInfo::EnsureInitialized() (#ifndef CROSSGEN_COMPILE)
根据启动标志初始化全局配置设置 - InitializeStartupFlags()
设置线程管理器，它为运行时提供了对操作系统线程功能的访问（StartThread()、Join()、SetThreadPriority() 等）- InitThreadManager()
初始化 事件跟踪 (ETW) 并触发 CLR 启动事件 - InitializeEventTracing() 和 ETWFireEvent(EEStartupStart_V1) (#ifdef FEATURE_EVENT_TRACE)
设置 GS Cookie（缓冲区安全检查） 以帮助防止缓冲区溢出 - InitGSCookie()
创建用于保存堆栈跟踪的帧的数据结构 - Frame::Init()
确保初始化Apphack 环境变量 - GetGlobalCompatibilityFlags() (#ifndef FEATURE_CORECLR)
创建运行时使用的诊断和性能日志 - InitializeLogging() (#ifdef LOGGING) 和 PerfLog::PerfLogInitialize() (#ifdef ENABLE_PERF_LOG)

阶段 2 - 初始化核心、低级组件

写入日志 ===================EEStartup Starting===================
确保运行时库函数（与 ntdll.dll 交互）已启用 - EnsureRtlFunctions() (#ifndef FEATURE_PAL)
设置用于运行时内部同步的全局事件存储（互斥锁、信号量）- 事件（互斥锁、信号量） - InitEventStore()
创建程序集绑定日志记录机制，也称为 Fusion - InitializeFusion() (#ifdef FEATURE_FUSION)
然后初始化实际的程序集绑定器基础结构 - CCoreCLRBinderHelper::Init()，它反过来调用 AssemblyBinder::Startup() (#ifdef FEATURE_FUSION 未定义)
设置用于控制监视器、Crst 和 SimpleRWLocks 的启发式算法 - 监视器、Crst 和 SimpleRWLocks - InitializeSpinConstants()
初始化进程间通信 (IPC) - InitializeIPCManager() (#ifdef FEATURE_IPCMAN)
设置并启用性能计数器 - PerfCounters::Init() (#ifdef ENABLE_PERF_COUNTERS)
设置CLR 解释器 - Interpreter::Initialize() (#ifdef FEATURE_INTERPRETER)，原来 CLR 有一种模式，您的代码不是被编译而是被解释的！
初始化 CLR 用于调用方法和触发 JIT 的存根 - StubManager::InitializeStubManagers()，还有 Stub::Init() 和 StubLinkerCPU::Init()
设置用于加载程序集到内存的核心句柄映射 - PEImage::Startup()
启动访问检查选项，用于在方法调用时授予/拒绝安全性要求 - AccessCheckOptions::Startup()
启动mscorlib 绑定器（用于从 mscorlib.dll 加载已知类型）- MscorlibBinder::Startup()
初始化远程处理，它允许进程外通信 - CRemotingServices::Initialize() (#ifdef FEATURE_REMOTING)
设置 GC 用于弱引用、强引用和无固定引用的数据结构 - Ref_Initialize()
设置用于跨 AppDomain 代理方法调用的上下文 - Context::Initialize()
连接允许 EE同步关闭的事件 - g_pEEShutDownEvent->CreateManualEvent(FALSE)
初始化用于读写锁实现的进程范围数据结构 - CRWLock::ProcessInit() (#ifdef FEATURE_RWLOCK)
初始化调试器管理器 - CCLRDebugManager::ProcessInit() (#ifdef FEATURE_INCLUDE_ALL_INTERFACES)
初始化CLR 安全属性管理器 - CCLRSecurityAttributeManager::ProcessInit() (#ifdef FEATURE_IPCMAN)
设置虚拟调用存根管理器 - VirtualCallStubManager::InitStatic()
初始化 GC 在控制内存压力时使用的锁 - GCInterface::m_MemoryPressureLock.Init(CrstGCMemoryPressure)
初始化程序集使用日志记录器 - InitAssemblyUsageLogManager() (#ifndef FEATURE_CORECLR)

阶段 3 - 启动低级组件，即错误处理、性能分析 API、调试

设置 CLR 使用的AppDomain - SystemDomain::Attach()（还通过调用 SystemDomain::CreateDefaultDomain() 和 SharedDomain::Attach() 创建了 DefaultDomain 和 SharedDomain）
启动ECall 接口，这是 CLR 内部使用的私有本机调用接口 - ECall::Init()
设置用于 delegate 的存根缓存 - COMDelegate::Init()
设置EE 本身使用的所有全局/静态变量 - ExecutionManager::Init()
初始化Watson，用于 Windows 错误报告 - InitializeWatson(fFlags) (#ifndef FEATURE_PAL)
初始化调试服务，这必须在创建任何 EE 线程对象以及加载任何类或模块之前完成 - InitializeDebugger() (#ifdef DEBUGGING_SUPPORTED)
激活 CLR 提供的托管调试助手 - ManagedDebuggingAssistants::EEStartupActivation() (ifdef MDA_SUPPORTED)
初始化性能分析 API - ProfilingAPIUtility::InitializeProfiling() (#ifdef PROFILING_SUPPORTED)
初始化异常处理机制 - InitializeExceptionHandling()
安装 CLR 全局异常过滤器 - InstallUnhandledExceptionFilter()
确保创建初始运行时线程 - SetupThread() 反过来调用 SetupThread(..)
初始化PreStub 管理器（PreStub 触发 JIT）- InitPreStubManager() 和相应的帮助程序 StubHelpers::Init()
初始化COM 互操作层 - InitializeComInterop() (#ifdef FEATURE_COMINTEROP)
初始化NDirect 方法调用（非托管 P/Invoke 目标的惰性绑定）- NDirect::Init()
设置JIT 辅助函数，以便在执行管理器运行之前就位 - InitJITHelpers1() 和 InitJITHelpers2()
初始化并设置SyncBlock 缓存 - SyncBlockCache::Attach() 和 SyncBlockCache::Start()
创建用于行走/展开堆栈的缓存 - StackwalkCache::Init()

阶段 4 - 启动主要组件，即垃圾回收器 (GC)、AppDomain、安全性

启动安全系统，处理 代码访问安全性 (CAS) - Security::Start()，它反过来调用 SecurityPolicy::Start()
连接一个事件以允许同步 AppDomain 卸载 - AppDomain::CreateADUnloadStartEvent()
初始化用于设置堆栈保护程序的堆栈探测器 - InitStackProbes() (#ifdef FEATURE_STACK_PROBE)
初始化GC 并创建它使用的堆 - InitializeGarbageCollector()
初始化用于保存固定对象位置的表** - InitializePinHandleTable()
通知调试器有关 DefaultDomain 的信息，以便它可以与之交互 - SystemDomain::System()->PublishAppDomainAndInformDebugger(..) (#ifdef DEBUGGING_SUPPORTED)
初始化现有的OOB 程序集列表（不知道是什么？）- ExistingOobAssemblyList::Init() (#ifndef FEATURE_CORECLR)
实际初始化System Domain（包含 mscorlib），以便它可以开始执行 - SystemDomain::System()->Init()

阶段 5 最终设置，然后通知其他组件 EE 已启动

通知性能分析器已启动 - SystemDomain::NotifyProfilerStartup() (#ifdef PROFILING_SUPPORTED)
预先创建一个线程来处理 AppDomain 卸载 - AppDomain::CreateADUnloadWorker() (#ifndef CROSSGEN_COMPILE)
设置一个标志以确认EE 初始化成功 - g_fEEInit = false
将系统程序集（mscorlib）加载到 Default Domain - SystemDomain::System()->DefaultDomain()->LoadSystemAssemblies()
在Default Domain 中设置所有共享静态变量（以及 String.Empty） - SystemDomain::System()->DefaultDomain()->SetupSharedStatics()，它们都包含在内部类 SharedStatics.cs 中
设置堆栈采样器功能，该功能可识别您代码中的热点方法 - StackSampler::Init() (#ifdef FEATURE_STACK_SAMPLING)
执行任何一次性 SafeHandle 初始化 - SafeHandle::Init() (#ifndef CROSSGEN_COMPILE)
设置标志以指示CLR 已成功启动 - g_fEEStarted = TRUE、g_EEStartupStatus = S_OK 和 hr = S_OK
写入日志 ===================EEStartup Completed===================

完成这一切后，CLR 就已准备好执行您的代码了！

执行您的代码

您的代码将被执行（在首次 JIT 编译后）通过以下代码流：

CorHost2::ExecuteAssembly()
- 调用 ExecuteMainMethod()
Assembly::ExecuteMainMethod()
- 调用 RunMain()
RunMain() (在 assembly.cpp 中)
- 最终调用您的 main() 方法
- 调用过程的完整解释