.Net8的AOT引导程序BootStrap

前言

.Net8的本地预编机器码AOT，它几乎进行了100%的自举。微软为了摆脱C++的钳制，做了很多努力。也就是代码几乎是用C#重写，包括了虚拟机，GC，内存模型等等。而需要C++做的，也就仅仅是引导程序，本篇通过代码来看下这段至关重要的引导程序的运作模式。

概括

所谓的引导程序，也就是引导被ILC生成的目标文件编译成可执行文件，然后在相应的平台上(MacoS/Linux/Win)进行二进制执行。这里以微软自家的Windows平台为例来剖析下这段引导程序。

引导程序分为两个阶段，其一初始化运行时，其二运行托管的Main入口代码。分别看下，最后就是代码展示了。

1.实例化运行时

这个很好理解，你如果需要运行.Net程序那么必须有一个运行的环境，第一步就是初始化这个运行环境。它主要包括以下步骤:

一：环境变量的初始化

环境变量的初始化主要是指设置的环境变量，对于GC或者JIT的控制。在这里进行一个初始化和区分。比如开启了了内存映射的环境变量
DOTNET_EnableWriteXorExecute=1.它就是此时被AOT识别并进行区分。

二：注册AOT的模块

AOT程序需要用到哪些模块，比如

Runtime.WorkstationGC.lib
System.Globalization.Native.Aot.lib
System.IO.Compression.Native.Aot.lib
eventpipe-disabled.lib
Runtime.VxsortDisabled.lib

等一些模块需要用到，那么这里进行注册下，以便后续调用。

三：模块的初始化

这里的模块初始化实际上，R2R的部分预编译函数替代。

2.托管的Main入口

.Net里面托管的Main函数是一切托管函数的入口点，所以托管Main入口是必须设置正确，并且能够运行完整托管代码。本例展示的托管Main如下:

static void Main()
{
   Program pm=new Program();
   pm = null;
   GC.Collect();
   Console.WriteLine("This is Ce Shi");
   Console.ReadLine();
}

3.代码展示

上面只是一些概念，具体的行为落实，还得代码来。这里看下BootStrap引导程序的代码。

一：节操作:

节存变量

主要是在初始化运行时的模块初始化阶段需要用到

#pragma section(".modules$A", read)
#pragma section(".modules$Z", read)
extern "C" __declspec(allocate(".modules$A")) void* __modules_a[];
extern "C" __declspec(allocate(".modules$Z")) void* __modules_z[];
__declspec(allocate(".modules$A")) void* __modules_a[] = { nullptr };
__declspec(allocate(".modules$Z")) void* __modules_z[] = { nullptr };

节合并

这里主要是然链接器进行一个节的合并

#pragma comment(linker, "/merge:.modules=.rdata")
#pragma comment(linker, "/merge:.unbox=.text")

节声明函数

实例化运行时注册AOT模块的时候要用到

char _bookend_a;
char _bookend_z;


#pragma code_seg(".managedcode$A")
void* __managedcode_a() { return &_bookend_a; }
#pragma code_seg(".managedcode$Z")
void* __managedcode_z() { return &_bookend_z; }
#pragma code_seg()

AOT运行环境的初始化

static int InitializeRuntime()
{
    //环境变量的初始化
    if (!RhInitialize())
        return -1;
    //获取当前模块的句柄
    void* osModule = PalGetModuleHandleFromPointer((void*)&__managed__Main);


    //注册AOT模块
    if (!RhRegisterOSModule(
        osModule,
        (void*)&__managedcode_a, (uint32_t)((char*)&__managedcode_z - (char*)&__managedcode_a),
        (void*)&__unbox_a, (uint32_t)((char*)&__unbox_z - (char*)&__unbox_a),
        (void**)&c_classlibFunctions, _countof(c_classlibFunctions)))
    {
        return -1;
    }
    //初始化需要的模块
    InitializeModules(osModule, __modules_a, (int)((__modules_z - __modules_a)), (void**)&c_classlibFunctions, _countof(c_classlibFunctions));


#ifdef NATIVEAOT_DLL
    // Run startup method immediately for a native library
    __managed__Startup();
#endif // NATIVEAOT_DLL


    return 0;
}

托管入口

return __managed__Main(argc, argv);

以上是.Net8的AOT引导程序的大致运作模式。

完整代码在GitHub:https://github.com/tangyanzhi/jianghupt/releases/download/Aot_bootstrap/AOT-BootStrap.rar