Microsoft .NET Native Developer Preview 内部初探(1)

Microsoft .NET Native Developer Preview 内部初探(1)

MS 前段时间发布了.NET Native Developer Preview，被广大人员赋予“C++的性能，.NET的生产力”之期望。我们暂时不管此技术现在是否有价值的讨论，先来谈谈下其内部实现。

研究环境：
为确保环境纯洁性，我搭建环境为 :
VMware-workstation-full-10.0.2-1744117
WIN 8.1 With update1 MSDN iso
VS2013 CHS + VS2013 UPDATE2 RC
netfx_NativeCompilation.msi(从http://msdn.microsoft.com/en-US/vstudio/dotnetnative下载)

准备研究：

安装完毕并启动VS2013,根据MSDN 的.NET Native 文档(http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dn600165(v=vs.110).aspx)
我新建项目：
Visual C# -> 应用商店应用 -> Windows 应用程序 -> 网格应用程序(Windows)

新建项目后开启Native 编译；

然后在菜单 [生成] 里面 [活动解决方案平台] 选择 x64,（因为目前的版本仅支持X64和ARM平台）；

在 [项目] 菜单的 [生成] 选项卡里 [Compile with .NET Native tool chain] 上打对号；

在 [项目] 菜单的 [调试] 选项卡里选中如下：

ok，编译。。。你会发现编译速度很是慢长....。
然后看看我们的输出目录：

发现比正常的程序多了个[ilc.out]的目录，这个目录里面的程序就是本文的主角。

我们可以直接看到的差别就是 App1.exe 变的很小，5KB,而多了个App1.dll 7MB多；用CFF Explorer打开App1.exe:

查看其引入表：

发现
App1.exe只对App1.dll有引用，且只引用了App1.dll的导出函数RHBinder__ShimExeMain。
用IDA打开 App1.exe 找到入口函数可看到：

这句可以说明App1.exe是个stub，里面什么代码也没有，直接调用App1.dll的导出函数RHBinder__ShimExeMain。

ok，我们直接用IDA打开App1.dll等待分析完毕（dll较大，分析并加载符号较慢）：

我们可以看到App1.dll导出了下列函数：（其中就有）RHBinder__ShimExeMain

Name                         Address          Ordinal
----                         -------          -------
$thread_static_index         0000000000AD2DB0 1
AppendExceptionStackFrame    000000000076E004 2
CheckStaticClassConstruction 0000000000765598 3
CreateCommandLine            000000000076ABB8 4
CtorCharArray                00000000007734A8 5
CtorCharArrayStartLength     0000000000773190 6
CtorCharCount                0000000000772A28 7
CtorCharPtr                  0000000000772EC0 8
CtorCharPtrStartLength       0000000000772C1C 9
FailFast                     0000000000768E1C 10
GetRuntimeException          0000000000769084 11
RHBinder__ShimExeMain        0000000000426CF0 12
RHBinder__DllMain            0000000000426D24        

自然，RHBinder__ShimExeMain是此程序的入口点。

下面我们用 CFF Explorer 打开App1.dll：

看其引入表：

把对系统dll(api-ms*)的引用排除,剩下：

mrt100_app.dll

App1.dll

也就是其引用了自身导出的：

CtorCharArrayStartLength
CreateCommandLine
CtorCharPtrStartLength
CtorCharPtr
CtorCharCount
CtorCharArray

引用别的dll的函数并不奇怪，但为什么引用自身导出的函数而不是直接调用这个就比较奇怪了，他是怎么实现的呢？因为连接时这个dll并不存在，也就没有这个dll的导出，不知道怎么链接的，以后分析吧。

明显这个是一些支持函数，并不是主要的，主角看来在另一个dll（mrt100_app.dll）身上：

CFF Explorer 打开 mrt100_app.dll：

看见没 Microsoft .NET Native Runtime......

用vc工具 dumpbin /exports mrt100_app.dll 看其导出：

 Microsoft (R) COFF/PE Dumper Version 11.00.61030.0
 Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

 Dump of file mrt100_app.dll

 File Type: DLL

   Section contains the following exports for mrt100.dll

     00000000 characteristics
     533689BD time date stamp Sat Mar 29 16:52:13 2014
         0.00 version
            1 ordinal base
          277 number of functions
          277 number of names

     ordinal hint RVA      name

           1    0 00035DD8 GetRuntimeException
           2    1 00036314 ProcessFinalizers
           3    2 00001EF8 RegisterCodeManager
           4    3 00034DC0 RhBox
           5    4 00036760 RhCanUnloadModule
           6    5 000367C0 RhCollect
           7    6 00002E00 RhEnableShutdownFinalization
           8    7 00035E5C RhExceptionHandling_FailedAllocation
           9    8 000361B8 RhExceptionHandling_ThrowClasslibArithmeticException
          10    9 0003622C RhExceptionHandling_ThrowClasslibDivideByZeroException
          11    A 00036144 RhExceptionHandling_ThrowClasslibIndexOutOfRangeException
          12    B 000362A0 RhExceptionHandling_ThrowClasslibOverflowException
          13    C 00035EDC RhExceptionHandling_ThrowInter
          14    D 000360D8 RhExceptionHandling_ThrowIntra
          15    E 00003244 RhFindBlob
          16    F 00036498 RhGcStress_Initialize
          17   10 00034C74 RhGetArrayElementType
          18   11 00034C3C RhGetComponentSize
          19   12 00034BA8 RhGetCorElementType
          20   13 00003808 RhGetCurrentObjSize
          21   14 00034B5C RhGetEETypeClassification
          22   15 00034B0C RhGetEETypeHash
          23   16 00003BAC RhGetExceptionsForCurrentThread
          24   17 00003830 RhGetGCNow
          25   18 00003618 RhGetGcCollectionCount
          26   19 00003668 RhGetGcLatencyMode
          27   1A 000368D0 RhGetGcTotalMemory
          28   1B 00002CBC RhGetGenericInstantiation
          29   1C 00034C10 RhGetInterface
          30   1D 00003854 RhGetLastGCDuration
          31   1E 0000383C RhGetLastGCStartTime
          32   1F 00003114 RhGetLoadedModules
          33   20 000037F8 RhGetLohCompactionMode
          34   21 00003610 RhGetMaxGcGeneration
          35   22 00003EF0 RhGetModuleFileNameAndBaseFromIP
          36   23 000031A8 RhGetModuleFromEEType
          37   24 00034C40 RhGetNonArrayBaseType
          38   25 00034BBC RhGetNullableType
          39   26 00034C34 RhGetNumInterfaces
          40   27 000033E4 RhGetStaticFieldAddress
          41   28 000034C0 RhGetThreadStaticFieldAddress
          42   29 000030B0 RhGetValueTypeSize
          43   2A 00035144 RhHandleAlloc
          44   2B 000350C8 RhHandleAllocDependent
          45   2C 0003504C RhHandleAllocVariable
          46   2D 000045E8 RhHandleCompareExchangeVariableType
          47   2E 00004388 RhHandleFree
          48   2F 000043BC RhHandleGet
          49   30 000043C0 RhHandleGetDependent
          50   31 0000458C RhHandleGetVariableType
          51   32 000043FC RhHandleSet
          52   33 000043F4 RhHandleSetDependentSecondary
          53   34 000045A8 RhHandleSetVariableType
          54   35 00034BB0 RhHasReferenceFields
          55   36 00002E10 RhHasShutdownStarted
          56   37 00034BF4 RhIsArray
          57   38 00034BCC RhIsNullable
          58   39 000037E8 RhIsPromoted
          59   3A 00003680 RhIsServerGc
          60   3B 00034BDC RhIsString
          61   3C 00034C04 RhIsValueType
          62   3D 00034C88 RhMemberwiseClone
          63   3E 00034EB4 RhNewArray
          64   3F 00034FA8 RhNewObject
          65   40 00036870 RhReRegisterForFinalize
          66   41 00003694 RhRegisterGcCallout
          67   42 00004404 RhRegisterRefCountedHandleCallback
          68   43 00035210 RhRethrow
          69   44 000017E0 RhSetErrorInfoBuffer
          70   45 00003670 RhSetGcLatencyMode
          71   46 00003800 RhSetLohCompactionMode
          72   47 00002EFC RhSpinWait
          73   48 000035E8 RhSuppressFinalize
          74   49 00035CC4 RhThrowEx
          75   4A 00035D1C RhThrowHwEx
          76   4B 00034908 RhTypeCast_AreTypesAssignable
          77   4C 00034728 RhTypeCast_AreTypesEquivalent
          78   4D 000347D4 RhTypeCast_CheckArrayStore
          79   4E 00033914 RhTypeCast_CheckCast
          80   4F 000349F4 RhTypeCast_CheckCastArray
          81   50 00033ADC RhTypeCast_CheckCastClass
          82   51 000344E0 RhTypeCast_CheckCastInterface
          83   52 00034A84 RhTypeCast_CheckUnbox
          84   53 00034738 RhTypeCast_CheckVectorElemAddr
          85   54 00034688 RhTypeCast_IsInstanceOf
          86   55 00034610 RhTypeCast_IsInstanceOfArray
          87   56 00033B6C RhTypeCast_IsInstanceOfClass
          88   57 000346C4 RhTypeCast_IsInstanceOfInterface
          89   58 00004D94 RhUnbox
          90   59 00003750 RhUnregisterGcCallout
          91   5A 000044B8 RhUnregisterRefCountedHandleCallback
          92   5B 00003600 RhWaitForPendingFinalizers
          93   5C 00002F0C RhYield
          94   5D 00036930 RhpAssignRefEDX
          95   5E 00036A30 RhpBulkWriteBarrier
          96   5F 00036AD0 RhpCheckCctor
          97   60 00036960 RhpCheckedAssignRefEDX
          98   61 000369A0 RhpCheckedLockCmpXchg
          99   62 000369F0 RhpCheckedXchg
         100   63 00003E28 RhpClearThreadDoNotTriggerGC
         101   64 00004FBC RhpDbl2IntOvf
         102   65 00004FE4 RhpDbl2LngOvf
         103   66 00005088 RhpDbl2ULng
         104   67 0000500C RhpDbl2ULngOvf
         105   68 00036B70 RhpDblRemRev
         106   69 00036D10 RhpEHJumpByref
         107   6A 00036CF0 RhpEHJumpObject
         108   6B 00036CD0 RhpEHJumpScalar
         109   6C 00005660 RhpETWLogLiveCom
         110   6D 00005828 RhpETWShouldWalkCom
         111   6E 000351C0 RhpFailFastForPInvokeException
         112   6F 0000502C RhpFlt2IntOvf
         113   70 00005058 RhpFlt2LngOvf
         114   71 00036B30 RhpFltRemRev
         115   72 00036CB0 RhpGcPoll
         116   73 00036CC0 RhpGcPollStress
         117   74 00036F70 RhpGetThread
         118   75 00037740 RhpInitialInterfaceDispatch
         119   76 00036F90 RhpInterfaceDispatch1
         120   77 00037080 RhpInterfaceDispatch16
         121   78 00036FB0 RhpInterfaceDispatch2
         122   79 00037170 RhpInterfaceDispatch32
         123   7A 00036FD0 RhpInterfaceDispatch4
         124   7B 00037360 RhpInterfaceDispatch64
         125   7C 00037010 RhpInterfaceDispatch8
         126   7D 00036DD0 RhpLoopHijack
         127   7E 000379F0 RhpNewArray
         128   7F 00037900 RhpNewFast
         129   80 00037940 RhpNewFinalizable
         130   81 00003FCC RhpPInvokeExceptionGuard
         131   82 00005C2C RhpRegisterModule
         132   83 00037870 RhpResolveInterfaceMethod
         133   84 00037CE0 RhpRethrow
         134   85 000382B0 RhpReversePInvoke
         135   86 00034D30 RhpReversePInvokeBadTransition
         136   87 00038420 RhpReversePInvokeReturn
         137   88 00003E6C RhpSetThreadDoNotTriggerGC
         138   89 00036A70 RhpShutdown
         139   8A 000063C4 RhpSuppressGcStress
         140   8B 00037BD0 RhpThrowEx
         141   8C 00043968 RhpTrapThreads
         142   8D 000063C4 RhpUnsuppressGcStress
         143   8E 00038260 RhpWaitForGC
         144   8F 000381D0 RhpWaitForSuspend
         145   90 00001FBC UnregisterCodeManager
         146   91 00038454 _copysign
         147   92 0003845A _ecvt_s
         148   93 00038460 acos
         149   94 00038466 acosf
         150   95 0003846C asin
         151   96 00038472 asinf
         152   97 00038478 atan
         153   98 0003847E atan2
         154   99 00038484 atan2f
         155   9A 0003848A atanf
         156   9B 00038490 ceil
         157   9C 00038496 ceilf
         158   9D 0003849C copysign
         159   9E 000384A2 copysignf
         160   9F 000384A8 cos
         161   A0 000384AE cosf
         162   A1 000384B4 cosh
         163   A2 000384BA coshf
         164   A3 000384C0 exp
         165   A4 000384C6 expf
         166   A5 000384CC floor
         167   A6 000384D2 floorf
         168   A7 000384D8 fmod
         169   A8 000384DE fmodf
         170   A9 000384E4 log
         171   AA 000384EA log10
         172   AB 000384F0 log10f
         173   AC 000384F6 logf
         174   AD 000384FC memcmp
         175   AE 00038502 memcpy
         176   AF 00038508 memmove
         177   B0 0003850E memset
         178   B1 00038514 modf
         179   B2 0003851A pow
         180   B3 00038520 powf
         181   B4 00038526 sin
         182   B5 0003852C sinf
         183   B6 00038532 sinh
         184   B7 00038538 sinhf
         185   B8 0003853E sqrt
         186   B9 00038544 sqrtf
         187   BA 0003BA70 t119
         188   BB 0003ACD0 t13
         189   BC 0003ACE8 t2
         190   BD 0003649C t2.m0
         191   BE 00036494 t2.m1
         192   BF 0003B2A0 t27
         193   C0 0003B2C0 t28
         194   C1 0003AF78 t3
         195   C2 00036498 t3.m0
         196   C3 000364A4 t3.m1
         197   C4 0003AD00 t32
         198   C5 0003AD78 t35
         199   C6 0003ADB8 t37
         200   C7 0003ADD8 t38
         201   C8 0003ADF8 t39
         202   C9 0003AE18 t40
         203   CA 0003AE30 t41
         204   CB 0003AE80 t44
         205   CC 00043010 t44static_data
         206   CD 00043018 t45static_data
         207   CE 000364A8 t5.m1
         208   CF 0003B3A0 t50
         209   D0 0003B450 t56
         210   D1 00036314 t56.m0
         211   D2 0003ACA0 t6
         212   D3 0003B530 t67
         213   D4 0003B548 t68
         214   D5 00043020 t70static_data
         215   D6 0003B5A0 t71
         216   D7 00036144 t71.m10
         217   D8 000360D8 t71.m11
         218   D9 00035EDC t71.m12
         219   DA 00035E5C t71.m13
         220   DB 00035DD8 t71.m14
         221   DC 00035D1C t71.m15
         222   DD 00035CC4 t71.m16
         223   DE 00035210 t71.m17
         224   DF 000351C0 t71.m25
         225   E0 000362A0 t71.m7
         226   E1 0003622C t71.m8
         227   E2 000361B8 t71.m9
         228   E3 00043028 t71static_data
         229   E4 00043000 t71static_gcdata
         230   E5 0003AF10 t78
         231   E6 0003B6A0 t81
         232   E7 0003ACA8 t82
         233   E8 0003ACB0 t83
         234   E9 0003B6B8 t84
         235   EA 0003AF28 t87
         236   EB 0003B750 t90
         237   EC 00035144 t90.m0
         238   ED 000350C8 t90.m1
         239   EE 00034C3C t90.m10
         240   EF 00034C34 t90.m11
         241   F0 00034C10 t90.m12
         242   F1 00034C04 t90.m13
         243   F2 00034BF4 t90.m14
         244   F3 00034BDC t90.m15
         245   F4 00034BCC t90.m16
         246   F5 00034BBC t90.m17
         247   F6 00034BB0 t90.m18
         248   F7 00034BA8 t90.m19
         249   F8 0003504C t90.m2
         250   F9 00034B5C t90.m20
         251   FA 00034B0C t90.m21
         252   FB 00034FA8 t90.m3
         253   FC 00034EB4 t90.m4
         254   FD 00034DC0 t90.m5
         255   FE 00034D30 t90.m6
         256   FF 00034C88 t90.m7
         257  100 00034C74 t90.m8
         258  101 00034C40 t90.m9
         259  102 0003B768 t91
         260  103 0003B7E8 t95
         261  104 00033B6C t95.m0
         262  105 00033ADC t95.m1
         263  106 000344E0 t95.m11
         264  107 000347D4 t95.m12
         265  108 00034738 t95.m13
         266  109 00034728 t95.m15
         267  10A 00034688 t95.m17
         268  10B 00033914 t95.m18
         269  10C 00034A84 t95.m2
         270  10D 00034610 t95.m3
         271  10E 000349F4 t95.m4
         272  10F 000346C4 t95.m5
         273  110 00034908 t95.m9
         274  111 0003854A tan
         275  112 00038550 tanf
         276  113 00038556 tanh
         277  114 0003855C tanhf

   Summary

         6000 .data
         3000 .pdata
         9000 .rdata
         1000 .reloc
         1000 .rsrc
        39000 .text
         1000 .tls

发现有些函数名称如 t71.m10 貌似是被混淆过呦~~

看其引入：

按照惯例排除(api-ms*)后仅剩下了个msvcr120_app.dll，这个是VC2012 Runtime里面的一个dll，相当于系统dll，就不多分析了。

回头看 App1.dll ，因为是个dll，所以他被加载后首先执行的是其入口点函数 RHBinder__DllMain，而 RHBinder__DllMain 里面没别的代码，仅仅直接调用了 RHBinder__DllProcessAttach：

我们看到其调用了几个类的静态构造函数 cctor.

当dll入口执行完毕后执行的是RHBinder__ShimExeMain

终于看见我们想要看的C#的入口函数$0_App1__Program_Main，很明显在AOT后AOT编译器给入口函数Main重命名了。

相应的托管代码在：C:\Users\BinSys\Desktop\App1\App1\obj\x64\Debug\App.g.i.cs

#if !DISABLE_XAML_GENERATED_MAIN
    public static class Program
    {
        [global::System.CodeDom.Compiler.GeneratedCodeAttribute("Microsoft.Windows.UI.Xaml.Build.Tasks"," 4.0.0.0")]
        [global::System.Diagnostics.DebuggerNonUserCodeAttribute()]
        static void Main(string[] args)
        {
            global::Windows.UI.Xaml.Application.Start((p) => new App());
        }
    }
#endif

是新new 了个App1的对象：

每个托管代码看来都有对象的Native实现哦。

因篇幅所限，先到这里，这篇看的是表面张什么样，下篇看看他怎么实现的（编译系统用的是MSBUILD，下篇应该着重扒开.net native 的msbuild 部分）。