一个.NET应用程序的生命周期是什么？

Question

拥有一个简单的.NET .exe应用程序。一旦执行，它的生命周期是什么？我的理解是以下内容发生：

> 1. OS loads exe assemblies into memory
> 2. OS checks if it is in fact .net assembly
> 3. mscoree.dll loads, and loads CLR
> 4. CLR takes over and loads external dlls, GC stuff, memory management etc.
> 5. CLR creates app domain where exe assemblies are loaded
> 6. exe is started

如果以上内容正确（请随意详细说明），我对最后一步感兴趣，即CLR加载程序集时。

1. 创建了多少个堆栈、堆和线程？是在可执行文件中创建并执行代码的线程吗？
2. 初始分配的内存大小是多少？是操作系统还是CLR分配内存？
3. 它如何知道最初需要多少内存？
4. 如果在运行exe时需要更多内存，谁决定分配多少内存以及何时分配？
5. 当您关闭exe时会发生什么？CLR是否在卸载应用程序域（关闭exe）之前运行任何GC，还是由操作系统处理？

- ShaneKm

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只需购买《CLR via C#》这本书或者阅读博客系列《CLR Inside Out》即可。这个问题过于宽泛，我很确定你的每一个问题之前都已经被回答过了。 - CodeCaster

Answer 1

创建了多少个堆栈、堆和线程？在你的应用程序运行的过程中，可能会有很多线程，但其中一个是执行的主线程。当创建一个线程时，它会分配一个1MB的堆栈。

谁分配内存（操作系统还是CLR）？如此处所述，公共语言运行库的垃圾回收器管理应用程序的内存分配和释放。这是托管和非托管程序之间的重要区别。如果您已经使用C或C++编写过程序，则一定知道这个责任属于开发人员而不是垃圾回收器。这是一个伟大的力量，但伴随着伟大的力量而来的是伟大的责任。您需要负责找到（创建）所需的内存空间。然后将对象分配到那里，当您不再需要它时，必须释放这个内存。上述过程中可能出现的任何错误都会导致内存泄漏，甚至导致程序崩溃。更不用说调试这种错误的困难了。

另一方面，在托管程序的世界中（如C#、Java、JavaScript等），这个责任属于一个称为垃圾回收器的运行时的一部分。垃圾回收器分配内存，并决定何时适当地启动并清除垃圾。这本身就是极大的便利，显著地简化了开发人员的工作。但这是一种权衡考虑。托管程序无法达到良好结构的非托管程序的性能。

当您关闭可执行文件时，在卸载应用程序域之前，将执行垃圾收集以释放任何已使用的资源。然后将卸载应用程序域。在此之后，CLR将从进程的内存空间中分离出来，最后终止该进程。

- Christos

Answer 2

好的，实际上这个过程比你写的要复杂一些。其中一些步骤包括更多内部步骤，比如第一步以及PE的加载（和mscoree.dll本身的加载）。

但是，我会尝试回答你的问题。只是请注意，你的问题有点大，所以我尽量简短回答。但是，如果你真的对此感兴趣，我强烈建议你阅读《CLR via C#》（Richter著）。他在第一章中讨论了加载过程，并为垃圾收集器专门设置了一章。

还有一些关于垃圾收集器基础的好的MSDN文章，你可能会觉得很有趣。

“创建了多少个堆栈、堆和线程？执行可执行文件中代码的线程是如何创建的？”

简单（空）控制台应用程序将有3个线程：主线程、GC线程和终结器线程。当然，每个线程都有自己的堆栈（每个堆栈为1MB）。

堆的数量取决于你使用的GC类型。如果你使用工作站GC（默认），则会有1个托管堆（具有2个段，一个用于“普通”对象，另一个是大型对象堆段）。

如果你使用服务器GC，则系统中每个逻辑核心都会有一个堆（每个堆都有两个段）。

“初始分配的内存大小是多少？是操作系统还是CLR分配内存？”

初始内存包含不止一个元素：每个线程都有1MB的堆栈，加载到进程中的映像的大小（当然取决于你的应用程序），以及“动态”元素的大小——你在应用程序中进行的分配，这会导致GC增加堆的大小，并且你不再使用的对象将被GC清理并可能导致GC释放内存。

“如果exe运行时需要更多内存，谁决定分配多少内存和何时分配？”

如果你有一个简单的控制台应用程序，在Main中创建一个新类的实例。在这种情况下，“new”关键字（CIL“newobj”指令）将使CLR计算所需的内存量。

如果一代中有足够的内存（新创建的对象存储在其中），则不会进行额外的内存分配。如果没有足够的内存，则GC将启动并调用VirtualAlloc为对象分配内存。在这种情况下，新创建的对象的引用将保存在堆栈上。

当然，引用保存的位置（堆栈、堆、处理器寄存器）以及对象分配的位置（堆栈/堆）可能会有所不同。基本上，这取决于分配类或结构的情况，以及分配的上下文是什么（如果它在方法内部，作为其他类的字段，在结构中的字段等）。它还可能因平台而异。

如果exe运行时需要更多的内存，是谁决定分配多少内存以及何时分配这些内存？

所有新对象的内存分配都由CLR本身管理（当然，CLR使用Windows API，如VirtualAlloc和VirtualFree，而Windows则管理虚拟内存）。

当您使用“new”运算符创建应在托管堆中创建的新对象时，CLR会计算所需的分配大小（所有字段的大小+锁定对象所需的一些开销和了解其类型），并查看托管堆中是否有可用空间（在第0代，CLR始终保持指向应分配新对象的位置的指针）。如果有，则使用它。否则，如果没有足够的内存，则垃圾收集开始，并且有时（取决于gc过程后的内存状态和其他一些东西），CLR将调用VirtualAlloc为进程分配更多内存。

当您关闭exe时会发生什么？CLR会在卸载App Domain（关闭exe）之前运行任何GC吗？还是操作系统？

CLR在卸载任何应用程序域之前运行快速GC。这个快速GC的目的是让finalizes有机会运行。关闭进程时，CLR不需要清理内存，因为操作系统会自动处理。希望能帮到您。

- Shahar Gvirtz

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假设您的代码中有新的Dictionary<K,T>()，主线程（CLR）会考虑它吗？会增加堆的大小吗？在读取新的Dict行之前，堆的初始大小是多少？ - ShaneKm

修改了我的回答，希望它能更好地回答问题... - Shahar Gvirtz

如果您正在使用服务器GC，则系统中每个逻辑线程都会有1个堆。我猜您指的是每个逻辑核心一个堆。 - Yuval Itzchakov

Yuval，当然。我修正了我的答案。 - Shahar Gvirtz

@eaglei22 这个答案基于之前阅读书籍（例如《CLR via C#》）、博客文章等所获得的知识，没有任何魔法涉及 :) - Shahar Gvirtz