深入研究

by admin on 2019年5月15日

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原来的书文宣布日期: 9/19/200伍
初稿已经被 Microsoft
删除了,收罗进程中开掘多数篇章图都不全,那是因为最初的小说的图都不全,所以特搜集完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 对象布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 艺术表布局。
  • 方法分派(Method dispatching)。

因为国有语言运转时(CL安德拉)就要成为在Windows上创设应用程序的主演级基础架构,
多领会点关于CL猎豹CS陆的纵深认知会支持您构建高速的, 工业级健壮的使用程序.
在那篇文章中, 大家会浏览,侦查CL索罗德的内在精神, 包括对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的摊派, 和五光十色的数目结构.

大家会使用由C#写成的极其轻易的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都以以C#言语为目的的.
斟酌的有的数据结商谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改变,
可是绝大许多的概念是不会变的. 大家会采取Visual Studio® .NET 贰零零四Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数据结构.
SOS能够知情CLTucson内部的数据结构, 可以dump出有用的新闻. 通篇,
大家会谈论在Shared Source CLI(SSCLI)中具备相关兑现的类, 你可以从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会协助您在搜寻一些结构的时候到SSCLI中的音信.

ITEM SSCLI PATH
AppDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
AppDomainStringLiteralMap sscliclrsrcvmstringliteralmap.h
BaseDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
ClassLoader sscliclrsrcvmclsload.hpp
EEClass sscliclrsrcvmclass.h
FieldDescs sscliclrsrcvmfield.h
GCHeap sscliclrsrcvmgc.h
GlobalStringLiteralMap sscliclrsrcvmstringliteralmap.h
HandleTable sscliclrsrcvmhandletable.h
InterfaceVTableMapMgr sscliclrsrcvmappdomain.hpp
Large Object Heap sscliclrsrcvmgc.h
LayoutKind sscliclrsrcbclsystemruntimeinteropserviceslayoutkind.cs
LoaderHeaps sscliclrsrcincutilcode.h
MethodDescs sscliclrsrcvmmethod.hpp
MethodTables sscliclrsrcvmclass.h
OBJECTREF sscliclrsrcvmtypehandle.h
SecurityContext sscliclrsrcvmsecurity.h
SecurityDescriptor sscliclrsrcvmsecurity.h
SharedDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
StructLayoutAttribute sscliclrsrcbclsystemruntimeinteropservicesattributes.cs
SyncTableEntry sscliclrsrcvmsyncblk.h
System namespace sscliclrsrcbclsystem
SystemDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
TypeHandle sscliclrsrcvmtypehandle.h

在大家初叶前,请留意:本文提供的消息只对在X八陆平台上运营的.NET Framework
壹.一卓有成效(对于Shared Source CLI
1.0也多数适用,只是在少数交互操作的处境下必须小心例外),对于.NET
Framework
二.0会有转移,所以请不要在构建软件时注重于这几个内部结构的不变性。

CL奥德赛运行程序(Bootstrap)成立的域

在CL索罗德推行托管代码的首先行代码前,会创制八个使用程序域。个中多少个对于托管代码乃至CL汉兰达宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只好由CL奥迪Q5运营进度创立,而提供CLLAND运营进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这么些域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都以行使了单件(Singleton)方式。第伍个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是一个AppDomain的实例,也是唯1的有命名的域。对于简易的CLHaval宿主程序,比方调控台程序,默许的域名由可进行映象文件的名字组成。其它的域能够在托管代码中动用AppDomain.CreateDomain方法创设,也许在非托管的代码中动用ICO卡宴RuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,譬如ASP.NET,对于特定的网址会依赖应用程序的多少创制七个域。

图 2 由CLLacrosse运转程序创造的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域肩负创立和起初化共享域和默许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且珍爱进程范围里边采取的盈盈只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
一.第11中学的一个优化天性,它的管理方式显得有一些昏头转向,因为CLXC90未有给程序集机会选取此天性。尽管如此,由于在具有的运用程序域中对二个特定的符号只保留二个一面还是的字符串,此个性能够节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还担负产生进度范围的接口ID,并用来创造各个应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中维系追踪全数域,并实现加载和卸载应用程序域的功用。

共享域(Shared Domain)

具备不属于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于持有应用程序域的用户代码都以不能缺少的。它会被电动加载到共享域中。系统命名空间的大旨类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLEscort运营程序进度中被事先加载到本域中。用户代码也足以被加载到那个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时行使由CL福特Explorer宿主程序钦赐的LoaderOptimization特性。调整台程序也得以加载代码到共享域中,方法是应用System.LoaderOptimizationAttribute性格评释Main方法。共享域还管理三个使用集散地址作为目录的次序集映射图,此映射图作为处理共享程序集信赖关系的查找表,那个程序集被加载到暗中认可域(DefaultDomain)和任何在托管代码中创设的采纳程序域。非共享的用户代码被加载到暗许域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是行使程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在内部运营。就算有个别应用程序要求在运维时成立额外的采用程序域(比如有个别使用插件,plug-in,框架结构也许拓展第二的运营时期码生成职业的应用程序),超过一半的应用程序在运转期间只开创贰个域。全部在此域运转的代码都以在域档期的顺序上有上下文限制。假诺三个应用程序有五个应用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制消息能够动用System.ContextBoundObject派生的连串成立。各类应用程序域有友好的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还有温馨的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功能是加载分裂的运转时CL智跑部件和优化在域的全部生命期内设有的构件。那个堆的滋长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆区别于垃圾回收堆(大概对称多管理器上的七个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同时保留类型系统。通常访问的预制构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在频仍堆上,而较少访问的数据结构如EEClass和类加载器及其查找表,分配在低频堆。代理堆保存用于代码访问安全性(code
access security, CAS)的代办部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序通晓域后,大家策动看看它们在一个简练的应用程序的光景文中的轮廓细节,见
图3。大家在程序运行时停在mc.Method一(),然后利用SOS调节和测试器扩大命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
询问SOS的加载信息)。这里是编制后的出口:

图3 Sample1.exe

!DumpDomain
System Domain: 793e9d58, LowFrequencyHeap: 793e9dbc,
HighFrequencyHeap: 793e9e14, StubHeap: 793e9e6c,
Assembly: 0015aa68 [mscorlib], ClassLoader: 0015ab40

Shared Domain: 793eb278, LowFrequencyHeap: 793eb2dc,
HighFrequencyHeap: 793eb334, StubHeap: 793eb38c,
Assembly: 0015aa68 [mscorlib], ClassLoader: 0015ab40

Domain 1: 149100, LowFrequencyHeap: 00149164,
HighFrequencyHeap: 001491bc, StubHeap: 00149214,
Name: Sample1.exe, Assembly: 00164938 [Sample1],
ClassLoader: 00164a78

using System;

public interface MyInterface1
{
    void Method1();
    void Method2();
}
public interface MyInterface2
{
    void Method2();
    void Method3();
}

class MyClass : MyInterface1, MyInterface2
{
    public static string str = "MyString";
    public static uint   ui = 0xAAAAAAAA;
    public void Method1() { Console.WriteLine("Method1"); }
    public void Method2() { Console.WriteLine("Method2"); }
    public virtual void Method3() { Console.WriteLine("Method3"); }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        MyClass mc = new MyClass();
        MyInterface1 mi1 = mc;
        MyInterface2 mi2 = mc;

        int i = MyClass.str.Length;
        uint j = MyClass.ui;

        mc.Method1();
        mi1.Method1();
        mi1.Method2();
        mi2.Method2();
        mi2.Method3();
        mc.Method3();
    }
}

大家的调节台程序,萨姆ple一.exe,被加载到多少个名字为”Sample一.exe”的应用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,可是因为它是中心系统库,所以也在系统域中列出。每一种域会分配三个屡屡堆,低频堆和代办堆。系统域和共享域使用同样的类加载器,而暗中认可应用程序使用自身的类加载器。

输出未有突显加载器堆的保留尺寸和已交付尺寸。高频堆的初阶化大小是32KB,每一次提交4KB。SOS的出口也从没出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。种种域有二个接口虚表堆(简称为IVMap),由自身的加载器堆在域早先化阶段创立。IVMap保留大小是4KB,开端时提交4KB。大家将会在后续部分钻探项目布局时讨论IVMap的意义。

图2
展现暗许的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大指标堆(用于大小相等依旧抢先八4000字节的对象),它表达了这一个堆和加载器堆的语义差异。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x八六指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用于托管对象实例化的废料回收堆。

品种原理

种类是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够运用class,struct和interface关键字张开宣示。大诸多项目由技师显式创制,可是,在特别的竞相操作(interop)情况和长距离对象调用(.NET
Remoting)地方中,.NET
CL奇骏会隐式的发生类型,那几个产生的花色涵盖COM和平运动转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

我们透过多个饱含对象引用的栈初始研究.NET类型原理(规范地,栈是2个对象实例初叶生命期的地点)。
图4中呈现的代码包涵二个简便的次第,它有四个调整台的入口点,调用了二个静态方法。Method一创制二个SmallClass的项目实例,该类型涵盖一个字节数组,用于演示怎样在大指标堆成立对象。就算那是一段无聊的代码,但是足以扶持大家举行商量。

图4 Large Objects and Small Objects

using System;

class SmallClass
{
    private byte[] _largeObj;
    public SmallClass(int size)
    {
        _largeObj = new byte[size];
        _largeObj[0] = 0xAA;
        _largeObj[1] = 0xBB;
        _largeObj[2] = 0xCC;
    }

    public byte[] LargeObj
    {
        get { return this._largeObj; }
    }
}

class SimpleProgram
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SmallClass smallObj = SimpleProgram.Create(84930,10,15,20,25);
        return;
    }

    static SmallClass Create(int size1, int size2, int size3,
        int size4, int size5)
    {
        int objSize = size1 + size2 + size3 + size4 + size5;
        SmallClass smallObj = new SmallClass(objSize);
        return smallObj;
    }
}

图5 显示了甘休在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它注解在可能的情事下将函数参数通过寄存器传递,而任何参数遵照从右到左的依次入栈,然后由被调用函数实现出栈操作)。当地值类型变量objSize内含在栈结构中。引用类型变量如smallObj以牢固大小(四字节DWOTiggoD)保存在栈中,包括了在相似GC堆中分配的目的的地址。对于价值观C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是目的的引用。不管怎样,它富含了三个指标实例的地址,我们将运用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结商谈堆

图片 2

相似GC堆上的smallObj对象实例包涵二个名字为 _largeObj
的字节数组(注意,图中体现的大大小小为8501陆字节,是事实上的储备大小)。CL卡宴对超越或等于八四千字节的目的的管理和小目的分歧。大目的在大指标堆(LOH)上分红,而小指标在相似GC堆上创建,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会促销扣,而GC堆在GC回收时展开削减。还有,LOH只会在完全GC回收时被回收。

smallObj的目的实例包罗类型句柄(TypeHandle),指向对应档期的顺序的方法表。每一种证明的品种有一个方法表,而同样类别的享有目的实例都对准同1个方法表。它富含了档案的次序的特色消息(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),落成的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应完成的槽表。

方法表指向贰个名称为EEClass的基本点数据结构。在章程表成立前,CLEnclave类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的不二等秘书诀表指向它的EEClass。这个构造指向它们的模块和次序集。方法表和EEClass一般分配在共享域的加载器堆。加载器堆和利用程序域关联,这里涉及的数据结构1旦被加载到个中,就直到应用程序域卸载时才会消失。而且,私下认可的施用程序域不会被卸载,所以这么些代码的生存期是停止CL奥迪Q三关闭结束。

目的实例

正如小编辈说过的,全部值类型的实例可能隐含在线程栈上,只怕隐含在 GC
堆上。全部的引用类型在 GC 堆或许 LOH 上制造。图 6
彰显了贰个独立的指标布局。1个对象足以由此以下门路被引述:基于栈的片段变量,在相互操作照旧平台调用情状下的句柄表,寄存器(推行格局时的
this 指针和章程参数),具有终结器( finalizer )方法的对象的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的开始地方,而是有一个 DWOOdysseyD 的偏移量( 4字节)。此 DWOPRADOD 称为对象头,保存3个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 一初叶计数的 syncblk
编号。因为经过索引进行连接,所以在要求扩张表的高低时, CLBMWX三能够在内存中活动这一个表。 SyncTableEntry 维护一个反向的弱引用,以便 CLRubicon能够追踪 SyncBlock 的全数权。弱引用让 GC
能够在尚未此外强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了一个对准
SyncBlock
的指针,包括了很少供给被一个对象的全部实例使用的管事的消息。那些音讯包罗对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和行使程序域的目录。对于大多数的靶子实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内存,而且 syncblk 编号为 0 。这点在实施线程蒙受如
lock(obj) 大概 obj.GetHashCode 的讲话时会发生变化,如下所示:

SmallClass obj = new SmallClass()
// Do some work here
lock(obj) { /* Do some synchronized work here */ }
obj.GetHashCode();

图 6 对象实例布局
图片 3

在以上代码中, smallObj 会采纳 0 作为它的苗头的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL哈弗 创造一个 syncblk 入口并行使相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并利用 Monitor 类,三个作为同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创建。堆 GetHashCode
的调用会使用对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有其他的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时利用,可是那和非凡的目的用处非亲非故。
类型句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保持两次三番性,作者会在表达实例变量后切磋类型句柄。实例域(
Instance field)的变量列表紧跟在品种句柄后。暗中同意境况下,实例域会以内部存款和储蓄器最得力应用的秘技排列,那样只需求最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码展现了 SimpleClass 蕴涵有一对不等大小的实例变量。

图 7 SimpleClass with Instance Variables

class SimpleClass
{
    private byte b1 = 1;                // 1 byte
    private byte b2 = 2;                // 1 byte
    private byte b3 = 3;                // 1 byte
    private byte b4 = 4;                // 1 byte
    private char c1 = 'A';              // 2 bytes
    private char c2 = 'B';              // 2 bytes
    private short s1 = 11;              // 2 bytes
    private short s2 = 12;              // 2 bytes
    private int i1 = 21;                // 4 bytes
    private long l1 = 31;               // 8 bytes
    private string str = "MyString"; // 4 bytes (only OBJECTREF)

    //Total instance variable size = 28 bytes 

    static void Main()
    {
        SimpleClass simpleObj = new SimpleClass();
        return;
    }
}

图 8 显示了在 Visual Studio 调节和测试器的内部存款和储蓄器窗口中的二个 SimpleClass
对象实例。我们在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后利用 ECX
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口浮现对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为我们一向不用其它共同代码应用此实例(也从不访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的靶子实例,指向先导地方的 4个字节的偏移处。字节变量 b一,b二,b三 和 b四 被二个接三个的排列在联合具名。五个short 类型变量 s一 和 s2 也被排列在共同。字符串变量 str 是二个 ④ 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的实际的字符串实例。字符串是三个极其的类型,因为具有包罗一样文字标识的字符串,会在程序集加载到进度时指向三个大局字符串表的1致实例。这一个历程称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的采用。大家前边曾经提过,在 NET
Framework 1.一 中,程序集不能选用是不是利用那一个进度,即使现在版本的 CL奇骏大概会提供那样的本领。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

所以暗许情况下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内存中保持。在竞相操作的图景下,词典顺序必须被保存到内部存款和储蓄器中,那时能够应用
StructLayoutAttribute 天性,它有3个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可以为被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,纵然在 .NET Framework 壹.1中,它并未有影响托管的布局(不过 .NET Framework 二.0
大概会如此做)。在竞相操作的状态下,如若你真正必要10分的填充字节和展现的调节域的逐条,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 FieldOffset 天性一齐行使。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,我们运用 SOS 看看对象实例。1个立竿见影的通令是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和一个非常类型的具有实例。无需依赖寄存器,
DumpHeap 能够展示大家创制的唯壹一个实例的地点。

!DumpHeap -type SimpleClass
Loaded Son of Strike data table version 5 from
"C:WINDOWSMicrosoft.NETFrameworkv1.1.4322mscorwks.dll"
 Address       MT     Size
00a8197c 00955124       36
Last good object: 00a819a0
total 1 objects
Statistics:
      MT    Count TotalSize Class Name
  955124        1        36 SimpleClass

对象的总大小是 3陆 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有一个DWO路虎极光D 的指标引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 2捌 字节,其余 八个字节包蕴项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 四 字节)。找到 simpleObj
实例的地点后,大家得以采纳 DumpObj 命令输出它的源委,如下所示:

!DumpObj 0x00a8197c
Name: SimpleClass
MethodTable 0x00955124
EEClass 0x02ca33b0
Size 36(0x24) bytes
FieldDesc*: 00955064
      MT    Field   Offset                 Type       Attr    Value Name
00955124  400000a        4         System.Int64   instance      31 l1
00955124  400000b        c                CLASS   instance 00a819a0 str
    << some fields omitted from the display for brevity >>
00955124  4000003       1e          System.Byte   instance        3 b3
00955124  4000004       1f          System.Byte   instance        4 b4

正如在此之前说过, C# 编写翻译器对于类的暗中认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织选取 LayoutType.Sequential
);由此类加载注重新排列实例域以最小化填充字节。大家可以选择 ObjSize
来输出包蕴被 str 实例占用的长空,如下所示:

!ObjSize 0x00a8197c
sizeof(00a8197c) =       72 (    0x48) bytes (SimpleClass)

假设您从目的图的全局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的高低( 36字节),就足以获取 str 的轻重缓急,即 3六 字节。让大家输出 str
实例来表明那个结果:

!DumpObj 0x00a819a0
Name: System.String
MethodTable 0x009742d8
EEClass 0x02c4c6c4
Size 36(0x24) bytes

一旦您将字符串实例的轻重(3陆字节)加上SimpleClass实例的高低(3陆字节),就能够获取ObjSize命令报告的总大小7二字节。

请留心ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存储器。而且,在.NET Framework
一.第11中学,CL中华V不知底非托管能源占用的内部存款和储蓄器,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;由此它们不会被这么些命令报告。

本着方法表的体系句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创制前,CL凯雷德查看加载类型,要是未有找到,则开始展览加载,获得方法表地址,创立对象实例,然后把项目句柄值追加到指标实例中。JIT编写翻译器发生的代码在实行艺术分派时利用项目句柄来稳固方法表。CL奥迪Q7在急需史能够因此艺术表反向访问加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器扩大程序用于本文化的展现CL本田UR-V数据结构的从头到尾的经过,它是 .NET
Framework 安装程序的一片段,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程从前,在
Visual Studio 中启用托管代码调试。 加多 SOS.dll
所在的公文夹到PATH意况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装1个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的一些指令,关于SOS越来越多音信,仿效这里

方法表

每一种类和实例在加载到应用程序域时,会在内部存款和储蓄器中通过艺术表来表示。那是在指标的第贰个实例创设前的类加载活动的结果。对象实例表示的是气象,而艺术表表示了表现。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器爆发的映照到内存的元数据结构(metadata
structures)。方法表包罗的音信和外挂的消息方可因此System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中能够经过Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包涵的种类句柄指向方法表早先地点的舞狮处,偏移量私下认可情形下是12字节,包罗了GC新闻。大家不希图在此间对其进行研讨。

图 9
展现了措施表的优秀布局。大家会申明项目句柄的片段入眼的域,不过对于截然的列表,请参谋此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)初叶,因为它直接关乎到运营时的内部存款和储蓄器状态。

图 9 方法表布局

图片 5

基实例大小

基实例大小是由类加载器计算的对象的尺寸,基于代码中申明的域。在此之前早已钻探过,当前GC的贯彻内需三个足足1二字节的对象实例。要是一个类未有定义任何实例域,它起码含有额外的四个字节。其余的九个字节被对象头(恐怕包罗syncblk编号)和项目句柄占用。再说3次,对象的大大小小会遇到StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中呈现的MyClass(有四个接口)的章程表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
200叁内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的出口进行相比较。在图9中,对象大小位于四字节的偏移处,值为1贰(0x0000000C)字节。以下是SOS的DumpHeap命令的输出:

!DumpHeap -type MyClass
 Address       MT     Size
00a819ac 009552a0       12
total 1 objects
Statistics:
    MT  Count TotalSize Class Name
9552a0      1        12    MyClass

艺术槽表(Method Slot Table)

在措施表中带有了三个槽表,指向各类艺术的叙说(MethodDesc),提供了档案的次序的行为本事。方法槽表是基于方法达成的线性链表,依据如下顺序排列:承接的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在时下类,父类和接口的元数据中遍历,然后创立方法表。在排列进度中,它替换全体的被遮住的虚方法和被埋伏的父类方法,创制新的槽,在急需时复制槽。槽复制是必备的,它能够让各种接口有本人的微小的vtable。可是被复制的槽指向平等的物理完毕。MyClass蕴涵接口方法,二个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为全体未有显式定义构造函数的靶子自动生成。因为我们定义并先河化了3个静态变量,编写翻译器会转移3个类构造函数。图10来得了MyClass的主意表的布局。布局显示了10个格局,因为Method二槽为接口IVMap举办了复制,上面大家会开始展览研讨。图11来得了MyClass的格局表的SOS的出口。

图10 MyClass MethodTable Layout
图片 6

图11 SOS Dump of MyClass Method Table

!DumpMT -MD 0x9552a0
  Entry  MethodDesc  Return Type       Name
0097203b 00972040    String            System.Object.ToString()
009720fb 00972100    Boolean           System.Object.Equals(Object)
00972113 00972118    I4                System.Object.GetHashCode()
0097207b 00972080    Void              System.Object.Finalize()
00955253 00955258    Void              MyClass.Method1()
00955263 00955268    Void              MyClass.Method2()
00955263 00955268    Void              MyClass.Method2()
00955273 00955278    Void              MyClass.Method3()
00955283 00955288    Void              MyClass..cctor()
00955293 00955298    Void              MyClass..ctor()

此外项目标开首伍个方法总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那个是从System.Object承接的虚方法。Method二槽被开始展览了复制,可是都指向同样的章程描述。代码展现定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在一组。

方法描述(MethodDesc)

艺术描述(MethodDesc)是CLWrangler知道的主意实现的二个装进。有几体系型的秘籍描述,除了用于托管完结,分别用于差别的并行操作达成的调用。在本文中,我们只考查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中爆发,开始化为指向IL。每一个方法描述包罗3个预编写翻译代理(PreJitStub),肩负触发JIT编写翻译。图12来得了一个卓绝的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实在的法子描述数据结构。对于实际的法子描述,那是-5字节的摇摆,是每一种方法的八个附加字节的壹某些。那几个字节包蕴了调用预编写翻译代理程序的吩咐。五字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位后边的6个字节。在首先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完结后,包罗调用指令的四个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x⑧陆代码的义务跳转指令覆盖。

图 12办法描述

图片 7

图12的诀窍表槽指向的代码实行反汇编,突显了对预编写翻译代理的调用。以下是在
Method2 被JIT编写翻译前的反汇编的简化呈现。

Method2:

!u 0x00955263
Unmanaged code
00955263 call        003C3538        ;call to the jitted Method2()
00955268 add         eax,68040000h   ;ignore this and the rest
                                     ;as !u thinks it as code

前日大家执行此办法,然后反汇编一样的地方:

!u 0x00955263
Unmanaged code
00955263 jmp     02C633E8        ;call to the jitted Method2()
00955268 add     eax,0E8040000h  ;ignore this and the rest
                                 ;as !u thinks it as code

在此地方,唯有开始八个字节是代码,剩余字节包蕴了Method二的主意描述的数量。“!u”命令不知道这点,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略6个字节后的持有东西。

CodeOrIL在JIT编译前包括IL中艺术完结的争辨虚地址(Relative Virtual
Address
,奥迪Q7VA)。此域用作标记,表示是或不是IL。在按供给编写翻译后,CLHummerH贰使用编写翻译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中挑选多少个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的形式描述的剧情:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
IL RVA : 00002068

编写翻译后,方法描述的剧情如下:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
Method VA : 02c633e8

措施的那么些标识域的编码包罗了措施的种类,譬如静态,实例,接口方法依旧COM达成。让我们看方法表别的三个长短不一的方面:接口完结。它包裹了布局进程具有的繁杂,让托管情况感到这点看起来轻易。然后,大家将表明接口怎么着进行布局和依靠接口的主意分派的适合专业措施。

接口虚表图和接口图(Interface Vtable Map and Interface Map)

在情势表的第二二字节偏移处是三个最首要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个利用程序域档次的映射表,该表以进程档案的次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第三次加载时创建。各类接口的贯彻都在接口虚表中有一个记下。借使MyInterface一被七个类达成,在接口虚表表中就有多个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的起头地点,如图9所示。那是接口方法分派产生时选用的引用。接口虚表是基于方法表内含的接口图信息创立,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据成立。1旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第三8字节地点的接口图会指向内含在章程表中的接口音信记录。在这种地方下,对MyClass达成的八个接口中的每五个都有两条记下。第一条接口音信记录的始发6个字节指向MyInterface壹的等级次序句柄(见图9图10)。接着的WOEnclaveD(2字节)被一个评释占用(0代表从父类派生,一意味着由近来类完结)。在注解后的WO科雷傲D是1个方始槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口完结的子表。对于MyInterface贰,开首槽的值为肆(从0初阶编号),所以槽5和六指向达成;对于MyInterface二,起先槽的值为陆,所以槽七和八指向完毕。类加载器会在供给时复制槽来发生如此的功效:每种接口有自个儿的贯彻,不过物理映射到均等的章程描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface贰.Method二会指向一样的实现。

依照接口的主意分派通过接口虚表举行,而直白的秘籍分派通过保留在逐壹槽的章程描述地址实行。如在此之前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,初步1个参数在恐怕的时候一般经过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以通过ECX寄存器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到那点:

mi1.Method1();
mov    ecx,edi                 ;move "this" pointer into ecx
mov    eax,dword ptr [ecx]     ;move "TypeHandle" into eax
mov    eax,dword ptr [eax+0Ch] ;move IVMap address into eax at offset 12
mov    eax,dword ptr [eax+30h] ;move the ifc impl start slot into eax
call   dword ptr [eax]         ;call Method1

mc.Method1();
mov    ecx,esi                 ;move "this" pointer into ecx
cmp    dword ptr [ecx],ecx     ;compare and set flags
call   dword ptr ds:[009552D8h];directly call Method1

那么些反汇编展现了直白调用MyClass的实例方法未有运用偏移。JIT编写翻译器把艺术描述的地方直接写到代码中。基于接口的分担通过接口虚表发生,和直接分派比较要求一些额外的吩咐。二个发令用来收获接口虚表的地方,另贰个获得格局槽表中的接口完结的始发槽。而且,把一个对象实例转变为接口只需求拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi一=mc”使用3个指令把mc的靶子引用拷贝到mi一。

虚分派(Virtual Dispatch)

于今大家看看虚分派,并且和依靠接口的分担举行相比较。以下是图3中MyClass.Method叁的虚函数调用的反汇编代码:

mc.Method3();
Mov    ecx,esi               ;move "this" pointer into ecx
Mov    eax,dword ptr [ecx]   ;acquire the MethodTable address
Call   dword ptr [eax+44h]   ;dispatch to the method at offset 0x44

虚分派总是通过一个稳固的槽编号发生,和办法表指针在一定的类(类型)达成档期的顺序无关。在艺术表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现代替父类的贯彻。结果,对父对象的办法调用被分派到子对象的落实。反汇编彰显了分派通过捌号槽爆发,能够在调节和测试器的内部存储器窗口(如图10所示)和DumpMT的出口看到那一点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是艺术表数据结构的重要组成都部队分。作为艺术表的一片段,它们分配在格局表的槽数组后。全体的原来静态类型是内联的,而对于组织和引用的项目标静态值对象,通在句柄表中创设的对象引用来针对。方法表中的目的引用指向应用程序域的句柄表的靶子引用,它引用了堆上创制的对象实例。一旦成立后,句柄表内的指标引用会使堆上的目的实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的指标引用,后者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表成立前开端生活,它和章程表组成起来,是项目注脚的CL景逸SUV版本。实际上,EEClass和艺术表逻辑上是1个数据结构(它们一齐表示三个类型),只可是因为使用频度的不等而被分别。通常应用的域放在方法表,而极度应用的域在EEClass中。那样,需求被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,可是运维时要求的新闻(如虚表槽和GC消息)在艺术表中。

对每3个类型会加载2个EEClass到应用程序域中,包蕴接口,类,抽象类,数组和布局。各类EEClass是一个被实施引擎追踪的树的节点。CLENCORE使用那个网络在EEClass结构中浏览,其目标包含类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于传承档次营造,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的结缘。在施行托管代码的过程中,新的EEClass节点被投入,节点的涉及被填补,新的涉及被确立。在网络中,相邻的EEClass还有二个档期的顺序的关系。EEClass有八个域用于管理被加载类型的节点关系:父类(Parent
Class),相邻链(sibling chain)和子链(children
chain)。关于图4中的MyClass上下文中的EEClass的语义,请参见图13

图13只彰显了和那些商讨相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家并未有在图中适当显示偏移。EEClass有三个直接的对于艺术表的引用。EEClass也针对在暗中认可使用程序域的高频堆分配的艺术描述块。在艺术表创建时,对进度堆上分配的域描述列表的1个引用提供了域的布局新闻。EEClass在运用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的开始展览内部存款和储蓄器分页管理,因而削减了劳作集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的其它域在MyClass(图3)的上下文的意思不言自明。我们以后探访使用SOS输出的EEClass的真的的大要内部存款和储蓄器。在mc.Method一代码行设置断点后,运转图三的次序。首先应用命令Name二EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name二EE的第三个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。现在大家得到了EEClass的地址,大家输出EEClass:

!DumpClass 02ca3508
Class Name : MyClass, mdToken : 02000004, Parent Class : 02c4c3e4
ClassLoader : 00163ad8, Method Table : 009552a0, Vtable Slots : 8
Total Method Slots : a, NumInstanceFields: 0,
NumStaticFields: 2,FieldDesc*: 00955224

      MT    Field   Offset  Type           Attr    Value    Name
009552a0  4000001   2c      CLASS          static 00a8198c  str
009552a0  4000002   30      System.UInt32  static aaaaaaaa  ui

图13和DumpClass的输出看起来完全同样。元数据令牌(metadata
token,mdToken)表示了在模块PE文件中映射到内部存款和储蓄器的元数据表的MyClass索引,父类指向System.Object。从相邻链指向名称为Program的EEClass,可以领会图壹叁展现的是加载Program时的结果。

MyClass有几个虚表槽(能够被虚分派的法子)。即便Method一和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口举办分摊时被以为是虚函数并插足到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会获得总共拾三个章程。最后列出的是类的四个静态域。MyClass未有实例域。其它域不言自明。

结论

我们关于CL奥迪Q五一些最重大的内在的追究旅程终于截至了。分明,还有多数主题材料亟需涉及,而且亟需在越来越深的层系上商量,但是我们期望那能够援救您看看东西怎么着工作。这里提供的数不清的新闻或然会在.NET框架和CL凯雷德的新兴版本中改造,可是即便本文提到的CLEnclave数据结构恐怕改造,概念应该维持不变。

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