NET框架之中精通CL本田UR-V怎么着成立运营时对象

原版的书文地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原稿发表日期: 9/19/二零零六
原来的文章已经被 Microsoft
删除了,搜聚进度中发觉众多文章图都不全,那是因为原来的作品的图都不全,所以特采撷完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 指标布局和内部存储器细节。
  • 情势表布局。
  • 办法分派(Method dispatching)。

因为国有语言运维时(CL途胜)就要成为在Windows上创办应用程序的主演级基础架构,
多掌握点关于CL昂科威的纵深认识会支持您构建急忙的, 工业级健壮的使用程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,考查CL奥迪Q3的内在精神, 包蕴对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和精彩纷呈的数量结构.

咱俩会利用由C#写成的极其轻便的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援引都以以C#语言为指标的.
研究的有些数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改变,
不过大许多的概念是不会变的. 大家会选择Visual Studio® .NET 2001Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数目结构.
SOS能够领略CL奥迪Q5内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
我们会探讨在Shared Source CLI(SSCLI)中负有相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会支持你在探究一些布局的时候到SSCLI中的新闻.

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

在我们初阶前,请留神:本文提供的新闻只对在X86平台上运维的.NET Framework
1.1可行(对于Shared Source CLI
1.0也多数适用,只是在少数交互操作的情景下必须当心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改观,所以请不要在创设软件时注重于那一个内部结构的不变性。

CL本田UR-V运行程序(Bootstrap)创设的域

在CLEnclave施行托管代码的第一行代码前,会创制四个使用程序域。在那之中三个对于托管代码乃至CLLAND宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CL途睿欧运维进度创设,而提供CL智跑运行进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),皆以行使了单件(Singleton)方式。第二个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是三个AppDomain的实例,也是不二法门的有命名的域。对于简易的CLTiggo宿主程序,比方调节台程序,暗许的域名由可进行映象文件的名字组成。其余的域能够在托管代码中采纳AppDomain.CreateDomain方法创造,恐怕在非托管的代码中使用ICO奥迪Q5RuntimeHost接口创设。复杂的宿主程序,比方ASP.NET,对于特定的网站会基于应用程序的多寡成立多少个域。

图 2 由CL福特Explorer运行程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担任创设和起首化共享域和暗中认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,而且敬服进程范围之中选择的涵盖恐怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的二个优化个性,它的拍卖措施显得有个别昏头转向,因为CL传祺未有给程序集机遇采用此本性。就算如此,由于在富有的使用程序域中对二个一定的暗记只保留一个对应的字符串,此本性能够节省外部存款和储蓄器空间。

系统域还担任发生进度范围的接口ID,并用来创建各类应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进度中保持追踪全部域,并促成加载和卸载应用程序域的职能。

共享域(Shared Domain)

有着不属于另外特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于具备应用程序域的用户代码都以不可缺少的。它会被活动加载到分享域中。系统命名空间的主导类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLTiguan运行程序进度中被先行加载到本域中。用户代码也得以被加载到那些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时采纳由CL揽胜宿主程序钦定的LoaderOptimization性格。调节台程序也可以加载代码到分享域中,方法是采取System.LoaderOptimizationAttribute性情证明Main方法。分享域还管理三个用到营地址作为目录的次序集映射图,此映射图作为处理分享程序集正视关系的查找表,那么些程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和其余在托管代码中创设的采取程序域。非分享的用户代码被加载到暗许域。

默认域(Default Domain)

默许域是应用程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在其间运转。就算有个别应用程序要求在运维时成立额外的施用程序域(比如有些使用插件,plug-in,架构或然拓展第一的运转时期码生成工作的应用程序),半数以上的应用程序在运转时期只创造二个域。全部在此域运营的代码都以在域等级次序上有上下文限制。假使一个应用程序有多个应用程序域,任何的域间访谈会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制音讯方可采取System.ContextBoundObject派生的种类创造。每一种应用程序域有温馨的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和默许上下文(DefaultContext),还大概有团结的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和顺序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功能是加载不一样的运作时CLENVISION部件和优化在域的一切生命期内设有的预制构件。这个堆的增高基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆差异于垃圾回收堆(或许对称多处理器上的八个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同一时候保留类型系统。日常访谈的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在一而再堆上,而很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)。

从高档次明白域后,我们筹算看看它们在叁个轻易的应用程序的上下文中的大意细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后利用SOS调节和测量检验器扩展命令DumpDomain来输出域的音信。(请查看
Son of
Strike
打探SOS的加载音信)。这里是编辑后的出口:

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();
    }
}

我们的调节台程序,萨姆ple1.exe,被加载到一个名字为”萨姆ple1.exe”的利用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,然而因为它是着力系统库,所以也在系统域中列出。各类域会分配三个频频堆,低频堆和代理堆。系统域和分享域使用同样的类加载器,而暗中同意应用程序使用本身的类加载器。

出口未有展现加载器堆的保存尺寸和已交给尺寸。高频堆的起头化大小是32KB,每便提交4KB。SOS的输出也未有突显接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。种种域有贰个接口虚表堆(简称为IVMap),由友好的加载器堆在域初叶化阶段创设。IVMap保留大小是4KB,起头时提交4KB。我们将会在延续部分切磋项目布局时研商IVMap的意义。

图2
突显暗许的历程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目标)和大目的堆(用于大小相等依旧当先8陆仟字节的指标),它表达了这么些堆和加载器堆的语义差异。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器爆发x86指令何况保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用来托管对象实例化的废品回收堆。

项目原理

花色是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够利用class,struct和interface关键字张开宣示。大比比较多门类由程序猿显式成立,可是,在特意的竞相操作(interop)情状和长途对象调用(.NET
Remoting)场面中,.NET
CL奥迪Q7会隐式的发出类型,这么些产生的体系涵盖COM和平运动转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

小编们透过贰个暗含对象引用的栈开头商量.NET类型原理(标准地,栈是二个对象实例开始生命期的地点)。
图4中展现的代码包蕴一个归纳的次第,它有几个调节台的入口点,调用了一个静态方法。Method1创制贰个SmallClass的系列实例,该类型涵盖二个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创设对象。就算那是一段无聊的代码,但是能够扶助大家进行座谈。

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 展现了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它声明在只怕的图景下将函数参数通过寄放器传递,而别的参数遵照从右到左的顺序入栈,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。援引类型变量如smallObj以稳住大小(4字节DWO兰德纳瓦拉D)保存在栈中,包蕴了在相似GC堆中分红的对象的地址。对于古板C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是指标的援用。不管怎么着,它蕴含了多少个对象实例的地址,我们将利用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结交涉堆

图片 2

诚如GC堆上的smallObj对象实例包蕴叁个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中展现的轻重缓急为85016字节,是实际上的储备大小)。CL奥德赛对超过或等于8陆仟字节的靶子的拍卖和小目的不一致。大指标在大指标堆(LOH)上分红,而小指标在形似GC堆上创造,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会减小,而GC堆在GC回收时开展削减。还应该有,LOH只会在一丝一毫GC回收时被回收。

smallObj的目的实例包蕴类型句柄(TypeHandle),指向对应档次的方法表。每种注明的类别有多个方法表,而同一类型的保有目的实例都对准同贰个方法表。它涵盖了项指标性状音信(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),完毕的接口数目,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。

艺术表指向二个名叫EEClass的根本数据结构。在艺术表创制前,CLEscort类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的办法表指向它的EEClass。那一个构造指向它们的模块和次序集。方法表和EEClass一般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里面,就直到应用程序域卸载时才会流失。而且,暗中同意的选拔程序域不会被卸载,所以这个代码的生存期是截止CL奥迪Q3关闭甘休。

目的实例

正如大家说过的,全数值类型的实例可能隐含在线程栈上,可能隐含在 GC
堆上。全体的援引类型在 GC 堆恐怕 LOH 上成立。图 6
展现了二个一级的指标布局。一个对象能够透过以下渠道被引述:基于栈的部分变量,在相互操作照旧平台调用情状下的句柄表,贮存器(试行措施时的
this 指针和章程参数),具备终结器( finalizer )方法的对象的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向指标实例的起来位置,而是有二个 DWOLX570D 的偏移量( 4
字节)。此 DWOLANDD 称为对象头,保存二个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1
开端计数的 syncblk
编号。因为通过索引进行连接,所以在须求扩大表的尺寸时, CLLAND能够在内存中移动那一个表。 SyncTableEntry 维护贰个反向的弱引用,以便 CL汉兰达能够追踪 SyncBlock 的全体权。弱援用让 GC
能够在尚未其他强援用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了二个针对性
SyncBlock
的指针,富含了非常少供给被二个指标的具备实例使用的实用的消息。那么些音信包涵对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和利用程序域的目录。对于绝大好多的目的实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,何况 syncblk 编号为 0 。这点在施行线程境遇如
lock(obj) 或然 obj.GetHashCode 的话语时会发生变化,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

在上述代码中, smallObj 会动用 0 作为它的起头的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLSportage 创制三个 syncblk 入口并选择相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩大为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,三个用作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创制。堆 GetHashCode
的调用会选用对象的哈希编码扩展 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时选择,然而这和优异的目的用处无关。
连串句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保障三回九转性,我会在验证实例变量后探讨类型句柄。实例域(
Instance 田野)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主意排列,那样只必要最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码展现了 SimpleClass 包涵有部分见仁见智大小的实例变量。

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展示对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家从没用别的共同代码应用此实例(也未尝访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的指标实例,指向开首地方的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被二个接二个的排列在一块儿。两个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在同步。字符串变量 str 是三个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的其实的字符串实例。字符串是一个特意的门类,因为全数蕴涵同样文字标识的字符串,会在程序集加载到进程时指向叁个大局字符串表的毫发不爽实例。那几个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选拔。大家事先已经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不可能选用是还是不是选取那么些历程,就算未来版本的 CL宝马X3大概会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

由此默许情形下,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。在竞相操作的气象下,词典顺序必须被保存到内部存储器中,那时能够采用StructLayoutAttribute 特性,它有八个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可感觉被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,就算在 .NET Framework 1.第11中学,它从未影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0
或者会如此做)。在相互操作的事态下,若是你确实要求极其的填充字节和体现的调控域的顺序,
LayoutKind.Explicit 可以和域档期的顺序的 FieldOffset 天性一齐使用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家运用 SOS 看看对象实例。三个卓有功效的命令是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和多少个非常类型的保有实例。无需重视存放器,
DumpHeap 能够来得大家创制的独一三个实例的地方。

!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 的实例只富含一个DWO福睿斯D 的指标引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,其余 8
个字节富含项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,我们能够利用 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

正如从前说过, C# 编写翻译器对于类的暗中认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会接纳 LayoutType.Sequential
);由此类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够行使 ObjSize
来输出蕴涵被 str 实例占用的长空,如下所示:

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

假设你从指标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的轻重( 36
字节),就可以赢得 str 的大小,即 36 字节。让我们输出 str
实例来验证这么些结果:

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

一经你将字符串实例的深浅(36字节)加上SimpleClass实例的轻重(36字节),就能够赢得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留心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,CLWrangler不知情非托管财富占用的内部存款和储蓄器,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被这一个命令报告。

针对方法表的种类句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创设前,CLCR-V查看加载类型,如果未有找到,则实行加载,获得方法表地址,创设对象实例,然后把项目句柄值追加到指标实例中。JIT编写翻译器产生的代码在开始展览艺术分派时采纳项目句柄来稳固方法表。CLLacrosse在急需史能够透过措施表反向访谈加载类型时选择项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩张程序用于本文化的呈现CLPAJERO数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的一有些,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到过程从前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测量试验。 增添 SOS.dll
所在的公文夹到PATH情状变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装三个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中施行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测验相关的一些下令,关于SOS更加多音信,参照他事他说加以考察这里

方法表

每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措施表来表示。那是在指标的首先个实例创设前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情景,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投射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表满含的音讯和外挂的音信方可由此System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中可以通过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包蕴的品类句柄指向方法表起第壹个人置的舞狮处,偏移量默许意况下是12字节,包括了GC音讯。大家不筹算在那边对其实行商量。

图 9
展现了办法表的优良布局。大家会注明项目句柄的片段主要的域,不过对于截然的列表,请参谋此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)最先,因为它一向关乎到运转时的内存状态。

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靶子的深浅,基于代码中扬言的域。以前曾经研讨过,当前GC的落实内需叁个至少12字节的靶子实例。假若二个类未有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。其它的8个字节被对象头(或者含有syncblk编号)和类别句柄占用。再说一遍,对象的分寸会受到StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中呈现的MyClass(有七个接口)的章程表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
二〇〇三内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出进行相比。在图9中,对象大小位于4字节的撼动处,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

措施槽表(Method Slot Table)

在措施表中含有了一个槽表,指向各类艺术的描述(MethodDesc),提供了档案的次序的行为技艺。方法槽表是基于方法完结的线性链表,依照如下顺序排列:承继的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在近些日子类,父类和接口的元数据中遍历,然后创立方法表。在排列进程中,它替换全体的被覆盖的虚方法和被埋伏的父类方法,成立新的槽,在急需时复制槽。槽复制是要求的,它能够让每一种接口有和好的细小的vtable。可是被复制的槽指向同一的大意完成。MyClass满含接口方法,贰个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为持有没有显式定义构造函数的目的自动生成。因为大家定义并开始化了一个静态变量,编写翻译器会调换贰个类构造函数。图10展现了MyClass的艺术表的布局。布局呈现了十个章程,因为Method2槽为接口IVMap实行了复制,上面大家会开始展览座谈。图11展现了MyClass的办法表的SOS的输出。

图10 MyClass MethodTable Layout
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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()

其余类型的上马4个章程总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这一个是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被进行了复制,不过都对准一样的形式描述。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。

措施描述(MethodDesc)

办法描述(MethodDesc)是CLOdyssey知道的措施实现的贰个封装。有两种等级次序的不二诀要描述,除了用于托管达成,分别用于不相同的相互操作达成的调用。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度中发生,伊始化为指向IL。每一种方法描述包括贰个预编写翻译代理(PreJitStub),担任触发JIT编写翻译。图12展现了叁个拔尖的布局,方法表的槽实际上指向代理,并非实际上的措施描述数据结构。对于实际的措施描述,那是-5字节的撼动,是各种方法的8个叠合字节的一有个别。那5个字节包涵了调用预编写翻译代理程序的命令。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大巴5个字节。在第一遍调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译实现后,包罗调用指令的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 12方法描述

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图12的法子表槽指向的代码进行反汇编,展现了对预编写翻译代理的调用。以下是在
Method2 被JIT编写翻译前的反汇编的简化显示。

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

前段时间大家进行此方法,然后反汇编一样的地点:

!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

在此地方,独有起头5个字节是代码,剩余字节包蕴了Method2的形式描述的数额。“!u”命令不亮堂那或多或少,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略5个字节后的具有东西。

CodeOrIL在JIT编译前满含IL中艺术达成的对立虚地址(Relative Virtual
Address
,GL450VA)。此域用作标识,表示是或不是IL。在按须求编写翻译后,CLKuga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精选一个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的章程描述的故事情节:

!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

艺术的那几个标记域的编码饱含了点子的品类,比如静态,实例,接口方法或许COM达成。让大家看方法表其他四个复杂的上边:接口完毕。它包裹了布局进度具备的纷纷,让托管意况认为那或多或少看起来大致。然后,大家将注明接口怎么着进展示公布局和基于接口的法子分派的适度专门的学问方法。

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

在章程表的第12字节偏移处是三个第一的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个施用程序域档次的映射表,该表以进程档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第4回加载时创设。每一个接口的落到实处都在接口虚表中有二个笔录。借使MyInterface1被三个类达成,在接口虚表表中就有四个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的始发位置,如图9所示。这是接口方法分派爆发时选用的援用。接口虚表是依靠方法表内含的接口图消息成立,接口图在章程表布局进程中基于类的元数据成立。一旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第28字节地点的接口图会指向内含在格局表中的接口音讯记录。在这种气象下,对MyClass达成的八个接口中的每一个都有两条记下。第一条接口信息记录的启幕4个字节指向MyInterface1的体系句柄(见图9图10)。接着的WO福特ExplorerD(2字节)被三个标注占用(0表示从父类派生,1象征由近来类达成)。在评释后的WO逍客D是贰个上马槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,开始槽的值为4(从0起首编号),所以槽5和6指向完结;对于MyInterface2,初始槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在急需时复制槽来产生那样的效率:每一种接口有投机的落实,可是物理映射到均等的点子描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向同样的兑现。

依据接口的方法分派通过接口虚表进行,而直白的法子分派通过保留在千家万户槽的办法描述地址实行。如此前聊起,.NET框架使用fastcall的调用约定,初阶2个参数在恐怕的时候一般经过ECX和EDX寄放器传递。实例方法的率先个参数总是this指针,所以通过ECX存放器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到那一点:

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

这一个反汇编呈现了直接调用MyClass的实例方法未有行使偏移。JIT编写翻译器把措施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,和直接分派比较必要部分外加的授命。三个下令用来获取接口虚表的地点,另三个获得方式槽表中的接口完结的启幕槽。並且,把叁个目的实例转变为接口只要求拷贝this指针到对象的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用三个下令把mc的对象援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

明日大家看看虚分派,何况和依照接口的分摊进行比较。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

虚分派总是通过多个定点的槽编号发生,和艺术表指针在特定的类(类型)完结档期的顺序毫无干系。在措施表布局时,类加载器用覆盖的子类的达成代替父类的兑现。结果,对父对象的法子调用被分摊到子对象的贯彻。反汇编展现了分派通过8号槽发生,能够在调节和测验器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看到那或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是措施表数据结构的主要性组成都部队分。作为艺术表的一局地,它们分配在艺术表的槽数组后。全体的原本静态类型是内联的,而对此协会和援引的档期的顺序的静态值对象,通在句柄表中开创的目的引用来针对。方法表中的指标援用指向应用程序域的句柄表的靶子援引,它引用了堆上成立的对象实例。一旦创造后,句柄表内的目的引用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指向句柄表的指标引用,前者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表创立前先导生活,它和方法表组成起来,是项目证明的CL路虎极光版本。实际上,EEClass和章程表逻辑上是贰个数据结构(它们一齐表示八个等级次序),只可是因为运用频度的不等而被分开。日常应用的域放在方法表,而不平日应用的域在EEClass中。那样,需要被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,不过运维时要求的消息(如虚表槽和GC音信)在艺术表中。

对每三个等级次序会加载多个EEClass到应用程序域中,满含接口,类,抽象类,数组和布局。种种EEClass是贰个被实践引擎跟踪的树的节点。CL奥德赛使用那些网络在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-父关系基于承继档期的顺序营造,而父-子关系基于接口档案的次序和类加载顺序的三结合。在奉行托管代码的进度中,新的EEClass节点被投入,节点的涉及被填补,新的涉及被确立。在互连网中,相邻的EEClass还大概有三个等级次序的关系。EEClass有多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只呈现了和那个研讨有关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,大家尚无在图中适当的数量突显偏移。EEClass有二个间接的对于措施表的援用。EEClass也本着在暗中认可使用程序域的累累堆分配的不二秘技描述块。在格局表创造时,对经过堆上分配的域描述列表的三个引用提供了域的布局消息。EEClass在使用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的打开内存分页管理,由此收缩了办事集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的含义不言而谕。我们今后看看使用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,运维图3的主次。首先应用命令Name2EE得到MyClass的EEClass的地方。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的首先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。今后我们收获了EEClass的地点,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的输出看起来完全相同。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。从相邻链指向名叫Program的EEClass,能够领略图13出示的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的办法)。即便Method1和Method2不是虚方法,它们能够在通过接口举行分摊时被认为是虚函数并参加到列表中。把.cctor和.ctor插手到列表中,你会拿走总共13个法子。最终列出的是类的多少个静态域。MyClass未有实例域。其余域不言而喻。

结论

我们关于CL科雷傲一些最器重的内在的追究旅程终于甘休了。显明,还只怕有非常多难题亟待涉及,而且亟需在越来越深的档期的顺序上研究,但是我们盼望那足以帮忙您看看事物怎么样行事。这里提供的不计其数的音讯大概会在.NET框架和CL奥迪Q5的新生版本中改造,可是固然本文提到的CL奥德赛数据结构也许更动,概念应该保持不变。

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