Arquitetura do .NET

Flavio Ribeiro Lima

6 min readMay 17, 2021

Quero mostrar nesse post, com base em algumas referências a arquitetura do .NET e suas partes.

Antes de falar das partes que constituem o .NET, seguem os benefícios da plataforma.

Interoperabilidade com o código existente, através do .NET Standard.
Suporte para várias linguagens, como C#, F#, e VB.NET.
Runtime compartilhado por todas as linguagens do .NET.
Integração entre as linguagens.
Biblioteca de classes para construir diversos tipos de aplicações.
Modelo de deploy simplificado.
Fornece uma CLI extensa. (.NET Core/NET 5)

As partes constituintes do .NET

A plataforma .NET é formada pelos seguintes componentes:

CLR — Common Lanaguage Runtime

A camada do runtime do .NET é comporto pelo Common Language Runtime ou apenas CLR (CoreCLR no .NET Core e .NET Core Libraries ou apenas CoreFX). A partir do NET 5, podemos chamar de .NET CLR.

O CoreCLR é um conjunto minimo de implementações ligadas a plataforma (Windows, iOS, Linux) e a arquitetura (x86, x64, ARM). Apenas os tipos que são ligados à implantação são incluídas no CoreCLR, mas são definidos como privados e não são acessíveis através do CoreCLR.

O .NET CLR é um tempo de execução de plataforma cruzada que também inclui suporte para Windows, MacOS e Linux. O CLR manipula a alocação e o gerenciamento de memória. O CLR também é uma máquina virtual que não só executa aplicativos, mas também gera e compila código usando um compilador JIT (just-in-time).

O CLR de modo geral executa o código e fornece serviços que facilitam o processo de desenvolvimento.

Os Compiladores e ferramentas expõem as funcionalidades do CLR e permitem que você grave um código que se beneficia desse ambiente de execução gerenciado. O código que você desenvolve com um compilador de linguagem que tem como alvo o tempo de execução é chamado de código gerenciado.

O código gerenciado beneficia-se de recursos como integração entre linguagens, tratamento de exceção entre linguagens, segurança aprimorada, controle de versão e implantação, um modelo simplificado para interação de componente e serviços de depuração e criação de perfil.

O CLR oferece os seguintes benefícios:

Aprimoramentos no desempenho.
A possibilidade de usar facilmente componentes desenvolvidos em outras linguagens.
Tipos extensíveis fornecidos por uma biblioteca de classes.
Recursos de linguagem como herança, interfaces e sobrecarga para programação orientada ao objeto.
Suporte a threading explícito que permite a criação de aplicativos multithread, escalonáveis.
Suporte ao tratamento de exceções estruturado.
Suporte a atributos personalizados.
Coleta de lixo.
Uso de delegados em vez de ponteiros de função para maior segurança e segurança de tipos.

O CoreFX (.NET Core) é agnóstico de plataforma e inclui todos os tipos base do .NET Core. Esses tipos incluem a implementação pública dos tipos privados do CoreCLR. Juntos o CoreCLR e o CoreFX correspondem ao .NET Core Framework, e são usados juntos para rodar aplicações .NET Core.

Gerenciamento automático de memória

Um dos serviços oferecidos pela CLR, de extrema importância que gostaria de destacar é o GC (Garbage Collector).

O GC gerencia a alocação e a liberação de memória para aplicativos. Cada vez que seu código cria um novo objeto, o CLR aloca memória para o objeto a partir do heap gerenciado.

Para saber mais detalhes sobre como GC funciona, segue: Noções básicas da coleta de lixo

Versões da CLR

Assim como o .NET foi evoluindo com o tempo, o CLR também possui algumas versões, onde em cada uma delas foi ganhando melhorias.

Para mais detalhes sobre as versões acesse: .NET Framework & versões do sistema operacional Windows

CTS — Common Type System

O Common Type System (CTS) descreve todos os possíveis data types e todas as construções suportadas pelo runtime, especifica como eles podem interagir uns com os outros e os detalhes de como eles são representados no metadata do .NET. O CTS assegura que todo código gerenciado seja auto-descritivo. Os diversos compiladores de linguagem da Microsoft e de terceiros geram códigos gerenciados de acordo com o CTS.

Definições feitas pela CTS

CTS Class
CTS Interface
CTS Structure Types
CTS Enumeration
CTS Delegate
CTS Members
CTS Data Types

CLS — Common Language Specification

O Common Language Specification (CLS) define um subconjunto de tipos comuns e construções que toda linguagem .NET pode suportar. Portanto, se você construir um tipo que expõe recursos CLS-compliant, você pode ter certeza que todas as linguagens .NET podem consumi-lo.

BCL — Base Class Libraries

E temos também a Base Class Libraries (BCLs), a BCL encapsula vários recursos como threads, file IO, renderização gráfica, interação com hardware e etc.

E além de bibliotecas para tarefas comuns, a BCL inclui tipos que dão suporte aos seguinte cenários de desenvolvimento:

Aplicativos de console. Confira Compilação de aplicativos de console.
Aplicativos GUI do Windows (Windows Forms). Confira Windows Forms.
Aplicativos WPF (Windows Presentation Foundation). Confira Windows Presentation Foundation.
Aplicativos ASP.NET. Confira Aplicativos Web com o ASP.NET.
Serviços do Windows. Confira Introdução a aplicativos do Serviço Windows.
Aplicativos orientados a serviço usando o WCF (Windows Communication Foundation). Confira Aplicativos orientados a serviço com WCF.
Aplicativos habilitados para fluxo de trabalho usando o Windows Workflow Foundation (WF). Confira Windows Workflow Foundation.

CIL — Common Intermediate Language

A MSIL, CIL ou IL é uma linguagem que é independente de plataforma. Toda linguagem .NET é compilada para CIL antes de ser executada para código especifico da plataforma. Existem diferenças muito pequenas entre um código CIL compilado a partir do C#, F# e VB.NET, ou seja, independente da linguagem, a CIL gerada é praticamente a mesma. Ao compilar o código de qualquer linguagem .NET, como o C#, a DLL resultante irá conter código CIL.

Abaixo exemplo de uma saída IL:

JIT

A compilação da IL para plataforma especifica é feita através do compilador JIT (just-in-time) ou também chamado de jitter. O ambiente de execução do .NET utiliza um compilador JIT para cada CPU alvo. Por exemplo, se você construir uma aplicação mobile (iOS ou Android) o compilador JIT correspondente será otimizado para um ambiente low-memory, caso seja um servidor o JIT será otimizado para funcionar em high-memory. A compilação JIT ocorre no mesmo computador em que o código vai ser executado.

O JIT, além de compilar a IL para a plataforma especifica, ele também irá fazer o cache dos resultados, para utilizar posteriormente.

Compilador AOT

A experiência padrão para a maioria das cargas de trabalho do .NET é o compilador JIT, mas o .NET oferece duas formas de compilação de AOT (antecipação de tempo):

Alguns cenários exigem a compilação da AOT de 100%. Um exemplo é Ios.
Em outros cenários, a maior parte do código de um aplicativo é compilada pela AOT, mas algumas são compiladas por JIT. Alguns padrões de código não são amigáveis para a AOT (como os genéricos). Um exemplo dessa forma de compilação AOT é a opção de publicação pronta para execução . Essa forma de AOT oferece os benefícios da AOT sem suas desvantagens.

A ilustração a seguir mostra o relacionamento do Common Language Runtime e da biblioteca de classes com seus aplicativos e com o sistema geral. A ilustração também mostra como o código gerenciado opera dentro uma arquitetura maior.