NET框架之中领悟CL福睿斯怎样创设运维时对象

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原稿发表日期: 9/19/二〇〇五
原稿已经被 Microsoft
删除了,收罗进程中发觉众多作品图都不全,那是因为原来的书文的图都不全,所以特搜聚完整全文。

本页内容

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)。

因为国有语言运维时(CLPAJERO)将要成为在Windows上创设应用程序的主演级基础架构,
多明白点关于CLEscort的深浅认识会辅助您营造火速的, 工业级强健的使用程序.
在此篇作品中, 大家会浏览,调查CLMurano的内在精气神儿, 蕴含对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分摊, 和琳琅满指标数据结构.

咱俩会使用由C#写成的极度轻巧的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都是以C#语言为目的的.
探究的局地数据结会谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中匡正,
可是抢先十分之五的定义是不会变的. 大家会选拔Visual Studio® .NET 二〇〇一Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来眼线一些多少结构.
SOS能够理解CL福睿斯内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
大家交涉论在Shared Source CLI(SSCLI)中全部相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会扶植您在查找一些构造的时候到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

在大家最先前,请在意:本文提供的消息只对在X86平台上运维的.NET Framework
1.1使得(对于Shared Source CLI
1.0也超多适用,只是在好几交互操作的情状下必需小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有转移,所以请不要在构建软件时依赖于那些内部结构的不变性。

图片 1
CL冠道运行程序(Bootstrap)创制的域

CLLacrosse运转程序(Bootstrap)创制的域

在CL牧马人推行托管代码的率先行代码前,会成立四个利用程序域。此中五个对于托管代码以致CLENVISION宿主程序(CLR
hosts)都以不可以预知的。它们只好由CL冠道运转进程创造,而提供CLEscort运转进程的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那些域是系统域(System Domain)和分享域(Shared
Domain),都以选取了单件(Singleton)方式。第四个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是一个AppDomain的实例,也是当世无双的有命名的域。对于简易的CL奥迪Q5宿主程序,例如调节台程序,暗中认可的域名由可举办映象文件的名字组成。别的的域能够在托管代码中运用AppDomain.CreateDomain方法创造,只怕在非托管的代码中央银行使ICO牧马人RuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,举个例子ASP.NET,对于特定的网站会依据应用程序的数额创制多个域。

图 2 由CLPAJERO运转程序创设的域 ↓

图片 2

图片 3
系统域(System Domain)

系统域(System Domain)

系统域担负创立和初步化分享域和暗中同意使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,并且爱护进度范围里边使用的蕴藏可能显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的贰个优化本性,它的管理办法显得略微头晕目眩,因为CL奥迪Q7未有给程序集机遇接纳此特性。即便如此,由于在具备的施用程序域中对一个一定的暗记只保留三个对应的字符串,此性情能够省去内部存款和储蓄器空间。

系统域还肩负发生进度范围的接口ID,并用来创立各类应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中保持跟踪全体域,并得以实现加载和卸载应用程序域的法力。

图片 4
共享域(Shared Domain)

共享域(Shared Domain)

负有不属于其余特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于具有应用程序域的顾客代码皆甚十分重要的。它会被电动加载到分享域中。系统命名空间的为主项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL凯雷德运转程序进度中被优先加载到本域中。顾客代码也能够被加载到这一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时行使由CLWrangler宿主程序钦定的LoaderOptimization特性。调整台程序也能够加载代码到分享域中,方法是应用System.LoaderOptimizationAttribute脾性声明Main方法。分享域还管理贰个使用营地址作为目录的顺序集映射图,此映射图作为管理分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)和其他在托管代码中创制的利用程序域。非共享的客户代码被加载到默许域。

图片 5
默认域(Default Domain)

默认域(Default Domain)

暗中同意域是选择程序域(AppDomain)的贰个实例,平时的应用程序代码在里面运营。就算有个别应用程序供给在运维时创造额外的运用程序域(举个例子有个别使用插件,plug-in,架构或许扩充着重的周转时期码生成专门的工作的应用程序),超越二分之风姿浪漫的应用程序在运作时期只创立多个域。全部在这里域运营的代码都以在域档期的顺序上有上下文节制。若是贰个应用程序有多少个使用程序域,任何的域间访谈会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文约束消息能够采纳System.ContextBoundObject派生的品种创设。每一个应用程序域有本身的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中同意上下文(DefaultContext),还应该有自身的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和次序集缓存。

图片 6
加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功力是加载区别的运行时CL奥德赛部件和优化在域的上上下下生命期内设有的预制构件。这一个堆的增高基于可预测块,那样可以使碎片最小化。加载器堆区别于垃圾回收堆(恐怕对称多管理器上的多少个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同有时候保留类型系统。平常访问的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在数十一遍堆上,而少之甚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谈安全性(code
access security, CAS)的代办部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序驾驭域后,我们筹算看看它们在多个归纳的应用程序的左右文中的物理细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测量试验器增添命令DumpDomain来输出域的音信。(请查看
Son of
Strike
刺探SOS的加载消息)。这里是编写后的出口:

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();
    }
}

笔者们的调控台程序,Sample1.exe,被加载到多少个名称叫”萨姆ple1.exe”的采取程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是中央系统库,所以也在系统域中列出。各样域会分配四个屡次堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用相似的类加载器,而默许应用程序使用自个儿的类加载器。

出口未有出示加载器堆的保留尺寸和已提交尺寸。高频堆的最初化大小是32KB,每一遍提交4KB。SOS的出口也未尝显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每种域有三个接口虚表堆(简单的称呼为IVMap),由自身的加载器堆在域最初化阶段创造。IVMap保留大小是4KB,开始时交由4KB。大家将会在持续部分研商项目布局时研究IVMap的意义。

图2
展现默许的进度堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目标)和大目的堆(用于大小也就是照旧超过85000字节的目的),它注解了那些堆和加载器堆的语义差距。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器产生x86指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用来托管对象实例化的污源回笼堆。

图片 7
花色原理

品类原理

项目是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型可以使用class,struct和interface关键字张开宣示。大好些个体系由工程师显式创建,可是,在特别的并行操作(interop)景况和长间隔对象调用(.NET
Remoting)场面中,.NET
CLCRUISER会隐式的发生类型,这个发生的花色蕴涵COM和平运动行时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩因此多个包涵对象引用的栈起首商讨.NET类型原理(规范地,栈是一个指标实例早前生命期之处)。
图4中显示的代码满含三个大约的顺序,它有贰个调控台的入口点,调用了贰个静态方法。Method1创制二个SmallClass的项目实例,该品种包括四个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创造对象。纵然那是豆蔻梢头段无聊的代码,不过足以辅助我们实行钻探。

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 显示了截至在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它表明在恐怕的景观下将函数参数通过存放器传递,而别的参数遵照从右到左的黄金时代意气风发入栈,然后由被调用函数实现出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。援用类型变量如smallObj以稳住大小(4字节DWO本田CR-VD)保存在栈中,满含了在相似GC堆中分配的指标的地址。对于守旧C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是指标的引用。不管怎么着,它含有了七个对象实例的地址,大家将使用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址位置的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

图片 8

日常GC堆上的smallObj对象实例蕴含一个名称叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的轻重缓急为85016字节,是实际上的储备大小)。CLEvoque对抢先或等于85000字节的对象的管理和小指标分裂。大目的在大指标堆(LOH)上分红,而小指标在相同GC堆上创制,那样能够优化对象的分红和回笼。LOH不会压缩,而GC堆在GC回笼时展开减少。还会有,LOH只会在完全GC回笼时被回笼。

smallObj的靶子实例满含类型句柄(TypeHandle),指向对应项目标方法表。每种注明的体系有一个方法表,而同等体系的富有目的实例都指向同一个方法表。它包罗了连串的性情新闻(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),达成的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应达成的槽表。

办法表指向一个名叫EEClass的机要数据结构。在艺术表成立前,CLSportage类加载器从元数据中创建EEClass。
图4中,SmallClass的办法表指向它的EEClass。这几个构造指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass日常分配在分享域的加载器堆。加载器堆和平运动用程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到中间,就直到应用程序域卸载时才会消退。况兼,暗许的行使程序域不会被卸载,所以那几个代码的生存期是结束CLSportage关闭甘休。

图片 9
目的实例

指标实例

正如大家说过的,全数值类型的实例只怕隐含在线程栈上,恐怕隐含在 GC
堆上。全体的引用类型在 GC 堆也许 LOH 上创办。图 6
展现了二个出类拔萃的对象布局。三个对象可以通过以下门路被引述:基于栈的某个变量,在互相操作还是平台调用意况下的句柄表,存放器(执行措施时的
this 指针和章程参数),具备终结器( finalizer )方法的目的的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向指标实例的起第贰地点,而是有三个 DWORD 的偏移量( 4
字节)。此 DWOHavalD 称为对象头,保存叁个指向性 SyncTableEntry 表的目录(从 1
起首计数的 syncblk
编号。因为通过索引举行连接,所以在急需扩大表的大时辰, CL本田CR-V能够在内存中移动那几个表。 SyncTableEntry 维护二个反向的弱援引,以便 CL科雷傲能够跟踪 SyncBlock 的全部权。弱援用让 GC
能够在还没有其他强援用存在时回笼对象。 SyncTableEntry 还保留了二个针对
SyncBlock
的指针,包涵了比比较少需求被二个指标的兼具实例使用的有效性的新闻。那个音讯富含对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和行使程序域的目录。对于大超级多的靶子实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,何况 syncblk 编号为 0 。那一点在实施线程遭遇如
lock(obj) 或许 obj.GetHashCode 的讲话时会产生变化,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 10

在上述代码中, smallObj 会使用 0 作为它的前奏的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL科雷傲 创制三个 syncblk 入口并应用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩大为 try-finally 语句并选取 Monitor 类,叁个看成同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创建。堆 GetHashCode
的调用会采用对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有别的的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时利用,不过那和规范的靶子用处毫不相关。
花色句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保全三番一回性,笔者会在评释实例变量后斟酌类型句柄。实例域(
Instance 田野先生)的变量列表紧跟在类型句柄后。暗许境况下,实例域会以内部存款和储蓄器最平价运用的格局排列,那样只供给起码的充作对齐的填充字节。
7
的代码显示了 SimpleClass 包罗有生龙活虎部分不一致大小的实例变量。

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 展现了在 Visual Studio 调节和测量试验器的内部存款和储蓄器窗口中的二个 SimpleClass
对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后采纳 ECX
贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存储器窗口体现对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为我们从未用任何协同代码应用此实例(也未尝访谈它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向开端地方的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被叁个接八个的排列在一块。七个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在联合签名。字符串变量 str 是贰个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的实际上的字符串实例。字符串是四个极度的体系,因为有着满含同样文字标志的字符串,会在前后相继集加载到进度时指向四个大局字符串表的等同实例。那么些进度称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存储器的施用。大家事先早就提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能够选拔是还是不是选取这些进度,固然以后版本的 CL福睿斯恐怕会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 11

进而暗许景况下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内部存款和储蓄器中保持。在相互操作的气象下,词典顺序必需被保留到内部存款和储蓄器中,那时候能够选用StructLayoutAttribute 个性,它有三个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可感到被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,即便在 .NET Framework 1.1中,它从不影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0
大概会这么做)。在相互操作的情事下,假诺你实在必要额外的填充字节和呈现的调控域的意气风发豆蔻梢头,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 FieldOffset 性格一齐利用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家应用 SOS 看看对象实例。贰个平价的指令是
DumpHeap
,它能够列出全体的堆内容和八个特地类型的有着实例。不需求依靠贮存器,
DumpHeap 能够来得大家成立的天下无双一个实例之处。

!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 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有三个DWOQashqaiD 的靶子引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,此外 8
个字节包罗项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的位置后,咱们得以接收 DumpObj 命令输出它的内容,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

正如此前说过, C# 编写翻译器对于类的暗中认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织接纳 LayoutType.Sequential
);因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。我们得以接收 ObjSize
来输出富含被 str 实例占用的空中,如下所示:

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

假如您从目的图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的深浅( 36
字节),就足以博得 str 的轻重,即 36 字节。让大家输出 str
实例来评释那一个结果:

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

假诺您将字符串实例的尺寸(36字节)加上SimpleClass实例的深浅(36字节),就能够获得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留意ObjSize不满含syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
1.第11中学,CL昂科威不知情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;因而它们不会被这几个命令报告。

针对方法表的种类句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创立前,CL安德拉查看加载类型,若无找到,则张开加载,得到方法表地址,创造对象实例,然后把品种句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器发生的代码在举涨势势分派时使用项目句柄来定位方法表。CLCalifornia T在须要史能够通过措施表反向访谈加载类型时接收项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩张程序用于本文化的呈现CL奥迪Q5数据结构的剧情,它是 .NET
Framework 安装程序的黄金时代局地,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进度在此之前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测量试验。 加多 SOS.dll
所在的文书夹到PATH情状变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装贰个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测量检验相关的风姿洒脱部分指令,关于SOS越多新闻,参照他事他说加以考察这里

图片 12
方法表

方法表

各样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经过措施表来表示。那是在对象的第三个实例创制前的类加载活动的结果。对象实例表示的是景况,而艺术表表示了展现。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器发生的照射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包蕴的音讯和外挂的新闻能够透过System.Type采访。指向方法表的指针在托管代码中得以由此Type.RuntimeTypeHandle属性拿到。对象实例包罗的连串句柄指向方法表起始地点的摇动处,偏移量暗中认可情状下是12字节,包括了GC音信。大家不许备在那处对其打开座谈。

图 9
突显了措施表的优秀布局。我们会注明项目句柄的片段入眼的域,然则对于截然的列表,请参谋此图。让咱们从基实例大小(Base
Instance Size)早先,因为它直接关乎到运转时的内部存款和储蓄器状态。

图 9 方法表布局

图片 13

图片 14
基实例大小

基实例大小

基实例大小是由类加载器总计的靶子的深浅,基于代码中宣称的域。以前曾经研讨过,当前GC的兑现内需贰个起码12字节的对象实例。假使三个类没有定义任何实例域,它起码含有额外的4个字节。此外的8个字节被对象头(可能含有syncblk编号)和项目句柄占用。再说贰次,对象的大小会遇到StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中呈现的MyClass(有多个接口)的方法表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
贰零零贰内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的出口实行相比较。在图9中,对象大小位于4字节的偏移处,值为12(0x0000000C)字节。以下是SOS的DumpHeap命令的出口:

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

图片 15
方法槽表(Method Slot Table)

措施槽表(Method Slot Table)

在措施表中含有了三个槽表,指向各种艺术的描述(MethodDesc),提供了花色的行为才干。方法槽表是基于方法完毕的线性链表,遵照如下顺序排列:承接的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在最近类,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,它替换全数的被掩没的虚方法和被隐形的父类方法,创设新的槽,在需求时复制槽。槽复制是必需的,它能够让各种接口有投机的十分的小的vtable。可是被复制的槽指向平等的概况完结。MyClass包括接口方法,七个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为持有未有显式定义构造函数的靶子自动生成。因为大家定义并伊始化了一个静态变量,编写翻译器会变卦三个类构造函数。图10体现了MyClass的点子表的布局。布局彰显了10个章程,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,上面大家会进展座谈。图11展现了MyClass的法子表的SOS的出口。

图10 MyClass MethodTable Layout
图片 16

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()

其余类型的初阶4个点子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这几个是从System.Object承接的虚方法。Method2槽被开展了复制,不过都针对相同的点子描述。代码突显定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在风度翩翩组。

图片 17
措施描述(MethodDesc)

方法描述(MethodDesc)

办法描述(MethodDesc)是CL瑞虎知道的方法完成的三个打包。有几系列型的办法描述,除了用于托管实现,分别用于分歧的相互操作达成的调用。在本文中,大家只考察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中生出,最初化为指向IL。每种方法描述饱含一个预编写翻译代理(PreJitStub),担负触发JIT编写翻译。图12展现了三个超人的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是事实上的格局描述数据结构。对于实际的形式描述,那是-5字节的撼动,是种种方法的8个叠合字节的风度翩翩有的。那5个字节包括了调用预编写翻译代理程序的下令。5字节的偏移能够从SOS的DumpMT输出从观看,因为方法描述总是方法槽表指向的职位前面包车型客车5个字节。在第贰回调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译实现后,包蕴调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的免费跳转指令覆盖。

图 12方法描述

图片 18

图12的主意表槽指向的代码进行反汇编,显示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展现。

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

明天我们施行此办法,然后反汇编相仿的地点:

!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

在那地方,独有初阶5个字节是代码,剩余字节包蕴了Method2的点子描述的数额。“!u”命令不清楚那或多或少,所以生成的是乱套的代码,你能够忽视5个字节后的持有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中方法完成的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,奥德赛VA)。此域用作标识,表示是不是IL。在按必要编写翻译后,CLWrangler使用编写翻译后的代码地址更新此域。让我们从列出的函数中接纳叁个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的情势描述的剧情:

!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,方法描述的从头到尾的经过如下:

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

方式的这几个标记域的编码包蕴了点子的类型,举例静态,实例,接口方法依然COM达成。让我们看方法表此外一个繁琐之处:接口实现。它包裹了布局过程具有的错综相连,让托管情形感觉那或多或少看起来轻巧。然后,咱们将注明接口怎么着开展示公布局和基于接口的主意分派的十分职业办法。

图片 19
接口虚表图和接口图

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

在章程表的第12字节偏移处是贰个至关心怜惜要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向多少个用到程序域档期的顺序的映射表,该表以进度档案的次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第3回加载时创立。每一种接口的落实都在接口虚表中有四个记下。就算MyInterface1被三个类完成,在接口虚表表中就有五个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的开端地方,如图9所示。那是接口方法分派产生时利用的援引。接口虚表是依据方法表内含的接口图消息创设,接口图在措施表布局进程中基于类的元数据创造。少年老成旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第28字节地方的接口图会指向内含在章程表中的接口消息记录。在这里种情景下,对MyClass达成的三个接口中的每贰个都有两条记下。第一条接口消息记录的初步4个字节指向MyInterface1的花色句柄(见图9图10)。接着的WO中华VD(2字节)被一个注解占用(0意味着从父类派生,1意味由近日类完成)。在注解后的WOQX56D是多个发轫槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,开头槽的值为4(从0开端编号),所以槽5和6指向实现;对于MyInterface2,初叶槽的值为6,所以槽7和8指向完成。类加载器会在要求时复制槽来发生这么的效果:各样接口有协和的得以实现,可是物理映射到平等的法子描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向相近的完成。

依据接口的法子分派通过接口虚表实行,而直白的办法分派通过保留在依次槽的点子描述地址进行。如此前提起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最初2个参数在可能的时候平时通过ECX和EDX存放器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以经过ECX寄放器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看见这点:

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

这个反汇编展现了一贯调用MyClass的实例方法未有动用偏移。JIT编写翻译器把办法描述的地址直接写到代码中。基于接口的摊派通过接口虚表发生,和直接分派相比较需求某些外加的授命。八个限令用来博取接口虚表的地址,另三个得到方式槽表中的接口达成的开首槽。何况,把一个对象实例转变为接口只需求拷贝this指针到目的的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用一个限令把mc的靶子援用拷贝到mi1。

图片 20
虚分派(Virtual Dispatch)

虚分派(Virtual Dispatch)

明天大家看看虚分派,并且和依照接口的分摊举办相比。以下是图3中MyClass.Method3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

虚分派总是通过三个定位的槽编号发生,和章程表指针在特定的类(类型)达成档次非亲非故。在艺术表布局时,类加载器用覆盖的子类的得以达成代替父类的贯彻。结果,对父对象的点子调用被分派到子对象的落到实处。反汇编展现了分派通过8号槽产生,能够在调节和测验器的内存窗口(如图10所示)和DumpMT的输出见到那点。

图片 21
静态变量

静态变量(Static Variables)

静态变量是方式表数据结构的基本点组成部分。作为艺术表的后生可畏有个别,它们分配在章程表的槽数组后。全部的原始静态类型是内联的,而对于协会和援引的品类的静态值对象,通在句柄表中开创的对象引用来针对。方法表中的目的引用指向应用程序域的句柄表的指标引用,它援引了堆上创造的靶子实例。风流倜傥旦成立后,句柄表内的对象援引会使堆上的目标实例保持生存,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,前面一个指向GC堆上的MyString。

图片 22
EEClass

EEClass

EEClass在章程表创造前最早生活,它和方法表组成起来,是项目表明的CLENCORE版本。实际上,EEClass和章程表逻辑上是二个数据结构(它们一同表示二个类型),只不过因为运用频度的两样而被分开。平时使用的域放在方法表,而不平时应用的域在EEClass中。这样,须要被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,可是运营时须求的音信(如虚表槽和GC消息)在章程表中。

对每一个类型会加载三个EEClass到利用程序域中,包含接口,类,抽象类,数组和结构。每种EEClass是一个被试行引擎追踪的树的节点。CL纳瓦拉使用这一个网络在EEClass结构中浏览,其指标富含类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于承接档案的次序创建,而父-子关系基于接口档案的次序和类加载顺序的构成。在履行托管代码的历程中,新的EEClass节点被投入,节点的涉嫌被填补,新的涉及被确立。在网络中,相邻的EEClass还会有一个水准的关联。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,请参照他事他说加以考察图13

图13只展现了和那个争辨有关的一些域。因为咱们忽视了布局中的一些域,我们从不在图中正好突显偏移。EEClass有一个直接的对于艺术表的援引。EEClass也针对在默许使用程序域的每每堆分配的法子描述块。在章程表创造时,对进度堆上分配的域描述列表的一个援用提供了域的布局新闻。EEClass在选择程序域的低频堆分配,那样操作系统可以更加好的实行内部存储器分页管理,由此减少了劳作集。

图13 EEClass 布局

图片 23

图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的含义不问可知。大家前不久看看使用SOS输出的EEClass的的确的物理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的主次。首先应用命令Name2EE获得MyClass的EEClass之处。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的率先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。今后大家收获了EEClass之处,我们输出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的出口看起来完全平等。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。从相邻链指向名称叫Program的EEClass,能够理解图13体现的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(可以被虚分派的措施)。固然Method1和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口实行摊派时被以为是虚函数并步向到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会博得总共13个章程。最后列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。别的域不在话下。

图片 24
Conclusion结论

结论

大家关于CL哈弗一些最根本的内在的追究旅程终于终止了。显著,还会有多数题材须要涉及,何况亟需在越来越深的层系上研商,可是我们期待那能够协理你看见东西如何职业。这里提供的不在少数的音讯可能会在.NET框架和CL奥迪Q3的新生版本中退换,但是就算本文提到的CL卡宴数据结构只怕改动,概念应该保持不改变。

趁着通用语言运转时(CLPRADO)将要成为在Windows®下支付应用程序的首推架构,对其张开浓烈精通会拉扯您构建有效的工业强度的应用程序。在本文中,大家将研究CL奔驰G级内部,满含对象实例布局,方法表布局,方法分派,基于接口的摊派和众口难调的数据结构。

小编们将使用C#编辑的简单代码示例,以便任何固有的言语语法含义是C#的缺省定义。有些此处研商的数据结商谈算法恐怕会在Microsoft®
.NET Framework 2.0中改造,可是首要概念应该维持不改变。大家接收Visual
Studio® .NET 二零零二调节和测量试验器和调节和测验器扩大Son of Strike
(SOS)来查看本文研讨的数据结构。SOS掌握CL福睿斯的此中数据结构并出口有用新闻。请参照他事他说加以考察“Son
of Strike”补充材料,精通什么将SOS.dll装入Visual Studio .NET
二零零零调节和测验器的历程空间。本文中,大家将叙述在共享源代码CLI(Shared Source
CLI,SSCLI)中有相应实现的类,你能够从msdn.microsoft.com/net/sscli下载。图1将救助您在SSCLI的数以兆计的代码中找到所参照他事他说加以调查的协会。

在我们早先前,请留意:本文提供的新闻只对在X86平台上运转的.NET Framework
1.1实用(对于Shared Source CLI
1.0或然多适用,只是在好几交互操作的景色下必得小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改动,所以请不要在构建软件时重视于那些内部结构的不改变性。

CL奔驰M级运营程序(Bootstrap)创造的域

在CLEscort实践托管代码的首先行代码前,会创建几个应用程序域。个中三个对于托管代码以至CLRubicon宿主程序(CLR
hosts)都以不可以知道的。它们只能由CL奥德赛运转进程成立,而提供CLEnclave运行进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如图2所示,这几个域是系统域(System
Domain)和共享域(Shared
Domain),都是运用了单件(Singleton)格局。第八个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是三个AppDomain的实例,也是独步天下的有命名的域。对于简易的CL福睿斯宿主程序,比如调控台程序,暗许的域名由可举办映象文件的名字组成。其它的域能够在托管代码中运用AppDomain.CreateDomain方法创立,可能在非托管的代码中央银行使ICO翼虎RuntimeHost接口创建。复杂的宿主程序,例如ASP.NET,对于特定的网址会依照望用程序的数量创造八个域。

图片 25

2 由CLOdyssey运维程序创设的域

图片 26回去页首

系统域(System Domain)

系统域负担创造和起始化分享域和默许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,而且敬服进程范围之中选取的盈盈可能显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是.NET Framework
1.第11中学的叁个优化特性,它的拍卖措施显得略微昏昏欲睡,因为CLRubicon未有给程序集机遇接受此特性。即使如此,由于在装有的施用程序域中对三个一定的标志只保留贰个对应的字符串,此个性能够节省里部存款和储蓄器空间。

系统域还担当发生进度范围的接口ID,并用来创制每一个应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中保证追踪全部域,并贯彻加载和卸载应用程序域的机能。

图片 27归来页首

共享域(Shared Domain)

具有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顾客代码都以必不可缺的。它会被电动加载到共享域中。系统命名空间的骨干类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLLacrosse运转程序进度中被事先加载到本域中。客商代码也足以被加载到这一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时利用由CLSportage宿主程序钦定的LoaderOptimization特性。调整台程序也得以加载代码到分享域中,方法是采纳System.LoaderOptimizationAttribute特性申明Main方法。分享域还管理叁个接收营地址作为目录的次序集映射图,此映射图作为管理分享程序集依赖关系的查找表,那么些程序集被加载到暗中认可域(DefaultDomain)和其他在托管代码中创制的选拔程序域。非分享的客户代码被加载到暗中同意域。

图片 28回到页首

默认域(Default Domain)

私下认可域是利用程序域(AppDomain)的贰个实例,日常的应用程序代码在里头运维。即便某个应用程序须求在运营时创设额外的利用程序域(举个例子有个别使用插件,plug-in,架构可能扩充器重的周转时期码生成专门的学问的应用程序),大多数的应用程序在运行时期只开创叁个域。全部在那域运营的代码都是在域档次上有上下文节制。若是贰个应用程序有四个利用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限定新闻能够使用System.ContextBoundObject派生的门类创设。各个应用程序域有温馨的广元描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中认可上下文(DefaultContext),还只怕有自个儿的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和次序集缓存。

图片 29回去页首

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的职能是加载不一样的运维时CLR部件和优化在域的万事生命期内部存款和储蓄器在的预制构件。那些堆的拉长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆分裂于垃圾回笼堆(恐怕对称多管理器上的多少个堆),垃圾回笼堆保存对象实例,而加载器堆同期保留类型系统。平常访谈的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在数十四回堆上,而超少访谈的数据结构如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谈安全性(code
access security, CAS)的代办部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高等级次序掌握域后,大家计划看看它们在四个轻便易行的应用程序的内外文中的情理细节,见图3。大家在程序运维时停在mc.Method1(),然后利用SOS调试器增加命令DumpDomain来输出域的消息。(请查看Son
of
Strike
领悟SOS的加载音信)。这里是编辑后的出口:

!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

大家的调控台程序,萨姆ple1.exe,被加载到四个名字为“Sample1.exe”的运用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,不过因为它是基本系统库,所以也在系统域中列出。每个域会分配八个反复堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用相似的类加载器,而默许应用程序使用自个儿的类加载器。

出口没有显得加载器堆的保留尺寸和已交给尺寸。高频堆的开头化大小是32KB,每便提交4KB。SOS的出口也并未有出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每种域有八个接口虚表堆(简单的称呼为IVMap),由自身的加载器堆在域开首化阶段创造。IVMap保留大小是4KB,起初时交由4KB。大家将会在后续部分研商项目布局时研究IVMap的含义。

图2显示私下认可的历程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目标)和大指标堆(用于大小相等依旧当先85000字节的对象),它表达了这么些堆和加载器堆的语义分化。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x86指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用于托管对象实例化的废料回笼堆。

图片 30回来页首

种类原理

类型是.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。大超级多项目由程序员显式创设,但是,在极度的互相操作(interop)景况和长途对象调用(.NET
Remoting)场所中,.NET
CLRAV4会隐式的发出类型,那些产生的体系饱含COM和平运动行时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

我们透过八个富含对象引用的栈开头研究.NET类型原理(规范地,栈是三个对象实例最早生命期之处)。图4中显得的代码包罗贰个轻便的程序,它有二个调节台的入口点,调用了三个静态方法。Method1成立二个SmallClass的花色实例,该项目富含贰个字节数组,用于演示如何在大目的堆创立对象。固然那是意气风发段无聊的代码,不过能够帮助我们开展座谈。

图5来得了停止在Create方法“return
smallObj;”代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用规范,它申明在只怕的图景下将函数参数通过寄放器传递,而其余参数遵照从右到左的依次入栈,然后由被调用函数完结出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。引用类型变量如smallObj以定点大小(4字节DWO景逸SUVD)保存在栈中,包罗了在平常GC堆中分红的对象之处。对于价值观C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是目标的援用。不管如何,它包括了三个目的实例之处,大家将使用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地方的数据结构。

图片 31

图5 SimpleProgram的栈结会谈堆

雷同GC堆上的smallObj对象实例满含二个名称叫_largeObj的字节数组(注意,图中显得的大大小小为85016字节,是实在的储备大小)。CLEnclave对抢先或等于85000字节的对象的管理和小目的分化。大目的在大目的堆(LOH)上分红,而小指标在平时GC堆上创造,那样能够优化对象的分红和回笼。LOH不会减削,而GC堆在GC回笼时张开压缩。还恐怕有,LOH只会在一丝一毫GC回笼时被回笼。

smallObj的靶子实例蕴涵类型句柄(TypeHandle),指向对应项目标方法表。各个申明的体系有二个方法表,而平等类型的保有目的实例都指向同三个方法表。它包括了项指标特点新闻(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,指向相应落成的槽表。

艺术表指向二个名称叫EEClass的主要性数据结构。在格局表创造前,CLEvoque类加载器从元数据中开创EEClass。图4中,SmallClass的艺术表指向它的EEClass。这个构造指向它们的模块和程序集。方法表和EEClass平时分配在分享域的加载器堆。加载器堆和平运动用程序域关联,这里提到的数据结构风姿罗曼蒂克旦被加载到里面,就直到应用程序域卸载时才会流失。而且,暗许的采用程序域不会被卸载,所以这么些代码的生存期是甘休CL兰德瑞鹰关闭停止。

图片 32归来页首

指标实例

正如大家说过的,全数值类型的实例大概隐含在线程栈上,也许隐含在GC堆上。全数的援用类型在GC堆只怕LOH上创立。图6显示了一个数一数二的靶子布局。贰个对象能够通过以下渠道被引述:基于栈的有个别变量,在互相操作照旧平台调用情形下的句柄表,贮存器(试行办法时的this指针和措施参数),具有终结器(finalizer)方法的目的的终结器队列。OBJECTREF不是指向指标实例的起第四个人置,而是有一个DWO奥迪Q3D的偏移量(4字节)。此DWOCR-VD称为对象头,保存三个指向SyncTableEntry表的目录(从1初步计数的syncblk编号。因为通过索引举办连接,所以在急需扩大表的尺寸时,CLXC90可以在内部存款和储蓄器中移动这几个表。SyncTableEntry维护一个反向的弱援引,以便CLOdyssey能够追踪SyncBlock的全数权。弱引用让GC能够在并未有别的强援引存在时回收对象。SyncTableEntry还保留了五个指向SyncBlock的指针,富含了超少要求被一个指标的具备实例使用的实用的新闻。那么些音信包蕴对象锁,哈希编码,任何转换层(thunking)数据和利用程序域的目录。对于绝大许多的靶子实例,不会为实际的SyncBlock分配内部存款和储蓄器,而且syncblk编号为0。那点在实行线程遭受如lock(obj)大概obj.GetHashCode的口舌时会产生变化,如下所示:

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

在上述代码中,smallObj会使用0作为它的序幕的syncblk编号。lock语句使得CLLX570创设二个syncblk入口并接纳相应的数值更新对象头。因为C#的lock关键字会增添为try-finally语句并应用Monitor类,二个用作同步的Monitor对象在syncblk上创设。堆GetHashCode的调用会接受对象的哈希编码扩张syncblk。

在SyncBlock中有任何的域,它们在COM交互操作和封送委托(marshaling
delegates)到非托管代码时使用,然而那和杰出的目的用处非亲非故。

品类句柄紧跟在指标实例中的syncblk编号后。为了保持三番五次性,笔者会在印证实例变量后切磋类型句柄。实例域(Instance
田野(field))的变量列表紧跟在品种句柄后。私下认可景况下,实例域会以内部存款和储蓄器最可行选用的不二秘技排列,那样只须求最少的充任对齐的填充字节。图7的代码显示了SimpleClass包括有局地例外大小的实例变量。

图8呈现了在Visual
Studio调节和测验器的内部存款和储蓄器窗口中的多少个SimpleClass对象实例。大家在图7的return语句处设置了断点,然后使用ECX寄放器保存的simpleObj地址在内部存款和储蓄器窗口呈现对象实例。前4个字节是syncblk编号。因为大家并未有用任何同盟代码应用此实例(也未曾访问它的哈希编码),syncblk编号为0。保存在栈变量的目的实例,指向开端位置的4个字节的偏移处。字节变量b1,b2,b3和b4被八个接贰个的排列在一同。七个short类型变量s1和s2也被排列在一起。字符串变量str是贰个4字节的OBJECTREF,指向GC堆中分配的其实的字符串实例。字符串是二个特意的门类,因为全体满含相近文字标识的字符串,会在程序集加载到进程时指向贰个大局字符串表的大同小异实例。那么些进程称为字符串驻留(string
interning),设计目标是优化内部存款和储蓄器的接收。我们后边早就提过,在NET Framework
1.第11中学,程序集不可能选用是不是使用这么些进度,纵然今后版本的CLTiggo恐怕会提供那样的技巧。

故而暗许意况下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内部存款和储蓄器中保持。在相互操作的情事下,词典顺序必得被封存到内部存款和储蓄器中,这个时候能够使用StructLayoutAttribute天性,它有三个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,即便在.NET
Framework 1.第11中学,它并未影响托管的布局(可是.NET Framework
2.0可能会如此做)。在互相操作的场合下,即使您真正供给十二分的填充字节和体现的调整域的逐一,LayoutKind.Explicit能够和域档次的FieldOffset个性一齐行使。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家应用SOS看看对象实例。一个得力的一声令下是DumpHeap,它能够列出全部的堆内容和八个特意类型的装有实例。无需借助寄放器,DumpHeap能够来得大家成立的当世无双贰个实例的地点。

!DumpHeap -type SimpleClass
Loaded Son of Strike data table version 5 from
"C:\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322\mscorwks.dll"
Address       MT     Size
00a8197c 00955124       36
Last good object: 00a819a0
total 1 objects
Statistics:
MT    Count TotalSize Class Name
955124        1        36 SimpleClass

目的的总大小是36字节,不管字符串多大,SimpleClass的实例只包蕴一个DWO路虎极光D的目的援引。SimpleClass的实例变量只占用28字节,此外8个字节包含项目句柄(4字节)和syncblk编号(4字节)。找到simpleObj实例的地点后,大家能够动用DumpObj命令输出它的剧情,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(对于组织采纳LayoutType.Sequential);因而类加载器重新排列实例域以最小化填充字节。大家得以应用ObjSize来输出包含被str实例占用的空中,如下所示:

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

设若您从目的图的大局大小(72字节)减去SimpleClass的分寸(36字节),就可以获得str的尺寸,即36字节。让咱们输出str实例来验证那个结果:

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

例如你将字符串实例的抑扬顿挫(36字节)加上SimpleClass实例的大大小小(36字节),就足以拿走ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留神ObjSize不带有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。何况,在.NET Framework
1.第11中学,CL中华V不精通非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被这么些命令报告。

本着方法表的品种句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创设前,CLQX56查看加载类型,若无找到,则实行加载,得到方法表地址,制造对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编写翻译器产生的代码在扩充艺术分派时选用项目句柄来恒定方法表。CLKuga在急需史能够经过艺术表反向访谈加载类型时利用项目句柄。

图片 33回到页首

方法表

每一种类和实例在加载到使用程序域时,会在内部存款和储蓄器中通过措施表来表示。那是在指标的第多个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是意况,而艺术表表示了作为。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器发生的映射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包蕴的消息和外挂的音讯能够通过System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中得以经过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包蕴的品种句柄指向方法表最先地点的偏移处,偏移量暗中认可情况下是12字节,蕴含了GC音讯。大家不许备在这里处对其进展座谈。

图9展现了法子表的非凡布局。大家会注解项目句柄的风流倜傥部分重要的域,但是对于截然的列表,请参见此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)带头,因为它平昔关乎到运营时的内部存款和储蓄器状态。

图片 34回去页首

基实例大小

基实例大小是由类加载器计算的目的的分寸,基于代码中扬言的域。早先早就钻探过,当前GC的得以达成供给四个最少12字节的靶子实例。假设二个类未有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。此外的8个字节被对象头(恐怕带有syncblk编号)和种类句柄占用。再说一遍,对象的轻重会惨被StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中显得的MyClass(有多少个接口)的方法表的内存快照(Visual
Studio .NET
二〇〇四内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出实行相比。在图9中,对象大小位于4字节的舞狮处,值为12(0x0000000C)字节。以下是SOS的DumpHeap命令的出口:

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

图片 35回去页首

办法槽表(Method Slot Table)

在措施表中蕴涵了二个槽表,指向种种艺术的描述(MethodDesc),提供了项指标行为技术。方法槽表是依照方法完成的线性链表,根据如下顺序排列:传承的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在当下类,父类和接口的元数据中遍历,然后成立方法表。在排列进度中,它替换全体的被掩没的虚方法和被隐形的父类方法,创造新的槽,在要求时复制槽。槽复制是无法缺少的,它能够让种种接口有本身的小不点儿的vtable。可是被复制的槽指向平等的大要达成。MyClass蕴涵接口方法,二个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为有着没有显式定义构造函数的对象自动生成。因为我们定义并早先化了一个静态变量,编写翻译器会变卦一个类构造函数。图10显示了MyClass的办法表的布局。布局显示了11个法子,因为Method2槽为接口IVMap举行了复制,上边大家会举办切磋。图11体现了MyClass的措施表的SOS的输出。

其他类型的开头4个法子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这几个是从System.Object承接的虚方法。Method2槽被实行了复制,但是都针对相仿的主意描述。代码显示定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在少年老成组。

图片 36回来页首

办法描述(MethodDesc)

艺术描述(MethodDesc)是CL宝马7系知道的点子落成的一个包裹。有几连串型的主意描述,除了用于托管完成,分别用于差别的交互操作完结的调用。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生出,初阶化为指向IL。每种方法描述包括二个预编写翻译代理(PreJitStub),担当触发JIT编写翻译。图12出示了贰个规范的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是事实上的方式描述数据结构。对于实际的方法描述,那是-5字节的撼动,是种种方法的8个叠合字节的生龙活虎局部。这5个字节包蕴了调用预编写翻译代理程序的下令。5字节的偏移能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的地点前面包车型地铁5个字节。在第一遍调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完毕后,饱含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的无需付费跳转指令覆盖。

图片 37

图12 方法描述

对图12的章程表槽指向的代码举行反汇编,展现了对预编写翻译代理的调用。以下是在Method2被JIT编译前的反汇编的简化展现。

!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

目前我们施行此情势,然后反汇编相似之处:

!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

在这里地方,独有开头5个字节是代码,剩余字节蕴涵了Method2的秘诀描述的多少。“!u”命令不精晓那一点,所以生成的是乱套的代码,你能够忽视5个字节后的装有东西。

CodeOrIL在JIT编译前带有IL中艺术达成的绝对虚地址(Relative Virtual
Address
,冠道VA)。此域用作标识,表示是不是IL。在按须求编写翻译后,CL昂科拉使用编写翻译后的代码地址更新此域。让我们从列出的函数中筛选贰个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的法子描述的内容:

!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

方法的这一个标识域的编码饱含了主意的花色,举例静态,实例,接口方法只怕COM完毕。让我们看方法表其它一个眼花缭乱的方面:接口实现。它包裹了布局进程具备的目眩神摇,让托管景况感到那或多或少看起来差非常少。然后,大家将证明接口怎么着进行布局和依靠接口的章程分派的方便职业形式。

图片 38回来页首

接口虚表图和接口图

在章程表的第12字节偏移处是二个着重的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向二个采纳程序域档期的顺序的映射表,该表以过程档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第二遍加载时创立。各种接口的实现都在接口虚表中有多个记录。要是MyInterface1被多个类完成,在接口虚表表中就有七个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的发轫地方,如图9所示。那是接口方法分派产生时采纳的援用。接口虚表是依赖方法表内含的接口图消息成立,接口图在形式表布局进程中基于类的元数据创制。生机勃勃旦类型加载成功,独有接口虚表用于方法分派。

第28字节地方的接口图会指向内含在措施表中的接口音讯记录。在此种场合下,对MyClass达成的三个接口中的每个都有两条记下。第一条接口消息记录的初阶4个字节指向MyInterface1的体系句柄(见图9图10)。接着的WO奥迪Q5D(2字节)被二个表明占用(0意味从父类派生,1表示由近来类完结)。在注脚后的WORubiconD是三个初始槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,在此之前槽的值为4(从0起头编号),所以槽5和6指向完毕;对于MyInterface2,伊始槽的值为6,所以槽7和8指向完毕。类加载器会在要求时复制槽来产生这么的效果:各样接口有谈得来的落实,但是物理映射到平等的法子描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向相仿的完结。

依照接口的方法分派通过接口虚表实行,而一向的法子分派通过保留在各类槽的办法描述地址举办。如此前提起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最初2个参数在恐怕的时候平时经过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以通过ECX寄放器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句见到那一点:

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

那个反汇编显示了直接调用MyClass的实例方法未有行使偏移。JIT编写翻译器把艺术描述之处直接写到代码中。基于接口的分摊通过接口虚表发生,和一贯分派比较须求一些外加的指令。一个限令用来赢得接口虚表之处,另二个获得情势槽表中的接口达成的上马槽。并且,把三个指标实例调换为接口只必要拷贝this指针到目的的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用多少个限令把mc的指标援引拷贝到mi1。

图片 39回到页首

虚分派(Virtual Dispatch)

最近大家看看虚分派,而且和基于接口的摊派进行相比。以下是图3中MyClass.Method3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

虚分派总是通过三个原则性的槽编号发生,和方法表指针在特定的类(类型)达成等级次序毫不相关。在艺术表布局时,类加载器用覆盖的子类的落到实处替代父类的贯彻。结果,对父对象的措施调用被分派到子对象的达成。反汇编展现了分派通过8号槽发生,能够在调节和测量试验器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的出口看见那或多或少。

图片 40回去页首

静态变量

静态变量是方法表数据结构的要害组成都部队分。作为艺术表的黄金时代有些,它们分配在措施表的槽数组后。全部的原来静态类型是内联的,而对此组织和援引的类别的静态值对象,通在句柄表中开创的靶子引用来针对。方法表中的靶子引用指向应用程序域的句柄表的对象援用,它引用了堆上创设的目的实例。后生可畏旦创设后,句柄表内的靶子援引会使堆上的靶子实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的靶子引用,前面一个指向GC堆上的MyString。

图片 41回来页首

EEClass

EEClass在艺术表创造前领头生活,它和方法表组成起来,是项目注解的CLTiggo版本。实际上,EEClass和办法表逻辑上是三个数据结构(它们一齐表示一个体系),只但是因为运用频度的不如而被分别。平时利用的域放在方法表,而不平日利用的域在EEClass中。那样,必要被JIT编写翻译函数使用的音信(如名字,域和摇头)在EEClass中,然而运转时索要的音讯(如虚表槽和GC新闻)在措施表中。

对每三个种类会加载多个EEClass到应用程序域中,包含接口,类,抽象类,数组和布局。各样EEClass是一个被奉行引擎追踪的树的节点。CL宝马X3使用这些互联网在EEClass结构中浏览,其指标富含类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承继档次建立,而父-子关系基于接口档案的次序和类加载顺序的组合。在实行托管代码的长河中,新的EEClass节点被参与,节点的涉及被填补,新的关联被确立。在网络中,相邻的EEClass还应该有多少个程度的关系。EEClass有多少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,请参谋图13。

图13只展现了和那一个商议有关的一些域。因为我们忽视了布局中的一些域,我们尚无在图中极其突显偏移。EEClass有一个直接的对于艺术表的援用。EEClass也针对在私下认可使用程序域的累累堆分配的秘技描述块。在章程表创造时,对进程堆上分配的域描述列表的多少个援用提供了域的布局音信。EEClass在接纳程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的拓宽内部存款和储蓄器分页管理,因而裁减了工作集。

图片 42

图13 EEClass 布局

图第13中学的此外域在MyClass(图3)的上下文的含义可想而知。大家前不久探视使用SOS输出的EEClass的实在的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的前后相继。首先利用命令Name2EE拿到MyClass的EEClass的地方。

!Name2EE C:\Working\test\ClrInternals\Sample1.exe MyClass
MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第三个参数时模块名,可以从DumpDomain命令获得。今后我们赢得了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的出口看起来完全平等。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,能够领略图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的方式)。纵然Method1和Method2不是虚方法,它们可以在通过接口举行摊派时被以为是虚函数并参预到列表中。把.cctor和.ctor出席到列表中,你会拿走总共12个办法。最后列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。其余域可想而知。

图片 43回去页首

Conclusion结论

大家关于CL奥迪Q5一些最要害的内在的探幽索隐旅程终于甘休了。明显,还也许有为数不菲难点亟待涉及,况且供给在更加深的档次上争论,但是我们盼望那足以支持你看来事物怎样行事。这里提供的多多的新闻大概会在.NET框架和CL奥迪Q5的新生版本中改变,可是尽管本文提到的CLHaval数据结构大概变动,概念应该保险不改变。

Hanu Kommalapati是微软Gulf
Coast区(Hughes顿)的一名架构师。他在微软明日的剧中人物是扶助顾客基于.NET框架创立可扩展的组件框架。能够透过hanuk@microsoft.com联系他。

Tom
Christian
是微软支付补助高工,使用ASP.NET和用来WinDBG的.NET调节和测量检验器扩张(sos/
psscor)。他在北卡罗来州的Charlotte,能够通过tomchris@microsoft.com联系他。

翻译者Luke是微软集团的软件程序员,习贯使用C++和C#支付应用程序。闲暇时间她喜欢音乐,旅游和怀旧游戏,并且愿意协理MSDN翻译更加多的小说和其余开荒者分享。可以因此ecaijw@msn.com联系他。

Leave a Comment.