大红鹰葡京会NET框架之中领悟CL卡宴怎样创建运营时对象

初稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿发布日期: 9/19/二〇〇五
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜罗进度中发现许多篇章图都不全,这是因为原著的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 目的布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 措施表布局。
  • 格局分派(Method dispatching)。

因为国有语言运转时(CLEscort)将在成为在Windows上创建应用程序的主演级基础架构,
多通晓点关于CLEnclave的深浅认知会扶助你营造火速的, 工业级健壮的选取程序.
在那篇小说中, 我们会浏览,考查CL福特Explorer的内在精神, 满含对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和有滋有味的数目结构.

笔者们会选拔由C#写成的极度简单的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援引都是以C#言语为目标的.
探究的部分数据结议和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中退换,
不过大多数的概念是不会变的. 我们会利用Visual Studio® .NET 二零零三Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数额结构.
SOS能够领略CL昂Cora内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
我们商谈谈在Shared Source CLI(SSCLI)中负有相关落到实处的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会帮衬你在物色一些结构的时候到SSCLI中的消息.

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

在大家起头前,请留神:本文提供的音讯只对在X86平台上运行的.NET Framework
1.1有效(对于Shared Source CLI
1.0也非常多适用,只是在少数交互操作的意况下必得小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有变动,所以请不要在创设软件时依赖于那个内部结构的不改变性。

CL奥迪TT RS运转程序(Bootstrap)成立的域

在CL纳瓦拉实行托管代码的第一行代码前,会成立多少个使用程序域。个中五个对于托管代码乃至CL安德拉宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只能由CL大切诺基运营进程成立,而提供CL凯雷德运营进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这一个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared
Domain),都是采取了单件(Singleton)情势。第多少个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是八个AppDomain的实例,也是并世无双的有命名的域。对于简易的CLENVISION宿主程序,举例调控台程序,暗中同意的域名由可实践映象文件的名字组成。其余的域能够在托管代码中采取AppDomain.CreateDomain方法成立,只怕在非托管的代码中选择ICOPRADORuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,譬喻ASP.NET,对于特定的网址会依据看用程序的数码创立多个域。

图 2 由CL兰德酷路泽运转程序创立的域 ↓

大红鹰葡京会 1

系统域(System Domain)

系统域担任创造和初叶化分享域和暗中认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,并且爱惜进度范围之中采取的蕴藏或许显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的一个优化本性,它的拍卖方法显得略微昏头转向,因为CL中华V没有给程序集机缘采取此性格。固然如此,由于在具备的利用程序域中对三个一定的标记只保留贰个相应的字符串,此个性能够节约内部存储器空间。

系统域还负担发生进程范围的接口ID,并用来创设每一个应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中保持追踪全数域,并完结加载和卸载应用程序域的效率。

共享域(Shared Domain)

怀有不属于此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客户代码都是须要的。它会被电动加载到分享域中。系统命名空间的为主类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL逍客运营程序进程中被事先加载到本域中。客商代码也得以被加载到这些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时利用由CLQX56宿主程序钦定的LoaderOptimization性情。调整台程序也能够加载代码到分享域中,方法是行使System.LoaderOptimizationAttribute脾性评释Main方法。分享域还管理三个运用集散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重视关系的查找表,那些程序集被加载到暗许域(DefaultDomain)和别的在托管代码中创设的施用程序域。非分享的客商代码被加载到暗中认可域。

默认域(Default Domain)

暗中认可域是利用程序域(AppDomain)的贰个实例,一般的应用程序代码在里头运维。纵然有个别应用程序须要在运转时创设额外的采取程序域(举个例子有个别使用插件,plug-in,架构可能实行第一的运维年代码生成专门的工作的应用程序),大多数的应用程序在运行期间只开创三个域。全部在此域运转的代码都以在域档次上有上下文限制。如果二个应用程序有五个利用程序域,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能够利用System.ContextBoundObject派生的门类创设。每一个应用程序域有温馨的防城港描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(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,接口虚表管理器和顺序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的职能是加载差异的运营时CLPRADO部件和优化在域的万事生命期内存在的部件。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(也许对称多管理器上的多少个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同临时间保留类型系统。平日访问的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在再三再四堆上,而很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)。

从高等级次序领会域后,大家准备看看它们在四个不难易行的应用程序的内外文中的物理细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测量试验器扩大命令DumpDomain来输出域的信息。(请查看
Son of
Strike
通晓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();
    }
}

大家的调整台程序,萨姆ple1.exe,被加载到多个名叫”萨姆ple1.exe”的运用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是核心系统库,所以也在系统域中列出。每一种域会分配一个再三堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用同一的类加载器,而暗许应用程序使用本身的类加载器。

输出未有显得加载器堆的保留尺寸和已交付尺寸。高频堆的初叶化大小是32KB,每一回提交4KB。SOS的出口也从未出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每种域有叁个接口虚表堆(简称为IVMap),由自身的加载器堆在域初叶化阶段制造。IVMap保留大小是4KB,先导时提交4KB。我们将会在承袭部分研究项目布局时切磋IVMap的含义。

图2
展现默许的进度堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大指标堆(用于大小相当于仍然超过86000字节的靶子),它声明了那么些堆和加载器堆的语义分歧。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x86指令並且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用以托管对象实例化的排放物回收堆。

类别原理

类型是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够使用class,struct和interface关键字张开宣示。大好些个体系由技师显式创造,不过,在非常的交互操作(interop)意况和长距离对象调用(.NET
Remoting)地方中,.NET
CLHaval会隐式的爆发类型,这么些爆发的类型满含COM和平运动行时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

小编们透过一个带有对象援用的栈起始商讨.NET类型原理(标准地,栈是一个对象实例先导生命期的地方)。
图4中体现的代码包含三个总结的程序,它有三个调整台的入口点,调用了贰个静态方法。Method1成立三个SmallClass的连串实例,该项目包括一个字节数组,用于演示如何在大目的堆成立对象。就算那是一段无聊的代码,可是能够扶助我们开展座谈。

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 显示了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用规范,它评释在恐怕的状态下将函数参数通过贮存器传递,而任何参数依据从右到左的逐个入栈,然后由被调用函数完毕出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。援用类型变量如smallObj以定点大小(4字节DWOEscortD)保存在栈中,富含了在一般GC堆中分配的靶子的地方。对于价值观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,它包蕴了三个对象实例的地点,大家将应用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

大红鹰葡京会 2

相似GC堆上的smallObj对象实例富含三个名字为 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的轻重为85016字节,是实在的储备大小)。CLENCORE对当先或等于84000字节的对象的管理和小指标分歧。大指标在大目的堆(LOH)上分红,而小目的在一般GC堆上创设,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会压缩,而GC堆在GC回收时开展压缩。还可能有,LOH只会在一点一滴GC回收时被回收。

smallObj的指标实例饱含类型句柄(TypeHandle),指向对应档案的次序的方法表。每一个表明的类型有一个方法表,而平等种类的保有目的实例都对准同一个方法表。它含有了项指标特点音信(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),完结的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应完结的槽表。

措施表指向叁个名称叫EEClass的主要数据结构。在格局表创立前,CLLAND类加载器从元数据中创建EEClass。
图4中,SmallClass的章程表指向它的EEClass。那几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。加载器堆和选用程序域关联,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瓦解冰消。何况,暗中同意的利用程序域不会被卸载,所以这个代码的生存期是甘休CL途睿欧关闭为止。

对象实例

正如我辈说过的,全部值类型的实例或许隐含在线程栈上,只怕隐含在 GC
堆上。全部的援用类型在 GC 堆恐怕 LOH 上创办。图 6
彰显了二个天下第一的对象布局。贰个指标足以经过以下渠道被引用:基于栈的有的变量,在竞相操作照旧平台调用情况下的句柄表,寄存器(实行办法时的
this 指针和方法参数),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来地点,而是有叁个 DWOHighlanderD 的偏移量( 4
字节)。此 DWO路虎极光D 称为对象头,保存一个对准 SyncTableEntry 表的目录(从 1
最初计数的 syncblk
编号。因为经过索引进行连接,所以在须要扩张表的深浅时, CLXC90能够在内部存款和储蓄器中活动这些表。 SyncTableEntry 维护二个反向的弱引用,以便 CL大切诺基可以跟踪 SyncBlock 的全体权。弱引用让 GC
能够在未曾别的强援引存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了三个针对性
SyncBlock
的指针,包含了非常少需求被三个对象的具有实例使用的有用的新闻。那么些新闻蕴涵对象锁,哈希编码,任何调换层
(thunking) 数据和利用程序域的目录。对于绝大许多的对象实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,并且 syncblk 编号为 0 。那一点在实践线程遭逢如
lock(obj) 只怕 obj.GetHashCode 的说话时会产生变化,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
大红鹰葡京会 3

在上述代码中, smallObj 会选择 0 作为它的胚胎的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL昂科威 成立一个 syncblk 入口并选拔相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,二个当作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创办。堆 GetHashCode
的调用会使用对象的哈希编码增添 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时利用,但是那和卓越的对象用处非亲非故。
类型句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保证三番五次性,笔者会在表达实例变量后商讨类型句柄。实例域(
Instance field)的变量列表紧跟在项目句柄后。暗中认可处境下,实例域会以内部存款和储蓄器最管用使用的点子排列,那样只须求最少的作为对齐的填充字节。
7
的代码突显了 SimpleClass 包罗有一部分不一尺寸的实例变量。

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 突显了在 Visual Studio 调节和测量检验器的内部存款和储蓄器窗口中的三个 SimpleClass
对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后接纳 ECX
贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口彰显对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家并未有用其余共同代码应用此实例(也未曾访谈它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向开头地方的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被八个接叁个的排列在一道。八个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一同。字符串变量 str 是三个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的莫过于的字符串实例。字符串是三个特地的体系,因为具有富含一样文字标志的字符串,会在前后相继集加载到进度时指向一个大局字符串表的同一实例。那几个历程称为字符串驻留(
string interning ),设计目标是优化内部存款和储蓄器的施用。大家事先曾经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集无法选拔是不是采纳那些进度,尽管今后版本的 CLHaval只怕会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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之所以暗许情形下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内部存储器中保持。在交互操作的情况下,词典顺序必须被保存到内部存款和储蓄器中,那时能够动用
StructLayoutAttribute 天性,它有三个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可认为被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,就算在 .NET Framework 1.1中,它从不影响托管的布局(然而 .NET Framework 2.0
恐怕会如此做)。在交互操作的气象下,假诺您真的须要十三分的填充字节和展现的调整域的逐个,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 FieldOffset 特性一同行使。

看完底层的内存内容后,我们应用 SOS 看看对象实例。多个有效的命令是
DumpHeap
,它能够列出全部的堆内容和二个特意类型的享有实例。没有须求依据寄放器,
DumpHeap 能够展现大家创立的独一无二二个实例的地方。

!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 的实例只含有一个DWOMuranoD 的指标援引。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,其余 8
个字节包蕴项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,我们得以行使 DumpObj 命令输出它的始末,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

正如以前说过, C# 编写翻译器对于类的暗中同意布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织采用 LayoutType.Sequential
);因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够使用 ObjSize
来输出包蕴被 str 实例占用的空间,如下所示:

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

假如你从指标图的全局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的大大小小( 36
字节),就足以拿走 str 的分寸,即 36 字节。让大家输出 str
实例来证实那么些结果:

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

万一您将字符串实例的轻重缓急(36字节)加上SimpleClass实例的轻重缓急(36字节),就足以拿走ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留神ObjSize不包罗syncblk结构占用的内部存储器。何况,在.NET Framework
1.第11中学,CL冠道不掌握非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被这一个命令报告。

本着方法表的门类句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创立前,CL冠道查看加载类型,若无找到,则实行加载,获得方法表地址,创立对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编译器发生的代码在拓宽艺术分派时选拔项目句柄来恒定方法表。CLTiguan在急需史能够通过措施表反向访问加载类型时利用项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量检验器扩大程序用于本文化的突显CL汉兰达数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的一有的,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进度以前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测验。 增添 SOS.dll
所在的文件夹到PATH境遇变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装一个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中推行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调试相关的一些下令,关于SOS更加多音讯,参照他事他说加以考察这里

方法表

各个类和实例在加载到利用程序域时,会在内部存储器中经过艺术表来表示。那是在目的的率先个实例创造前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情景,而艺术表表示了行为。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编译器爆发的投射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包罗的音信和外挂的音信方可因此System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中能够通过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包括的品类句柄指向方法表开端地点的舞狮处,偏移量暗许情状下是12字节,富含了GC音讯。我们不希图在这里对其展开钻探。

图 9
展现了章程表的杰出布局。大家会评释项目句柄的局地入眼的域,然而对于截然的列表,请参见此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)开头,因为它直接关系到运转时的内部存款和储蓄器状态。

图 9 方法表布局

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基实例大小

基实例大小是由类加载器总括的指标的尺寸,基于代码中宣示的域。在此以前已经讨论过,当前GC的贯彻须要五个足足12字节的目的实例。如若贰个类未有定义任何实例域,它至少含有额外的4个字节。其余的8个字节被对象头(也许带有syncblk编号)和项目句柄占用。再说叁回,对象的大大小小会遭到StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中显得的MyClass(有八个接口)的艺术表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
二〇〇一内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出实行比较。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命令的输出:

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

主意槽表(Method Slot Table)

在点子表中包罗了一个槽表,指向种种艺术的叙说(MethodDesc),提供了品种的行为技艺。方法槽表是依据方法完成的线性链表,遵照如下顺序排列:承袭的虚方法,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。在排列进程中,它替换全部的被遮住的虚方法和被隐形的父类方法,创制新的槽,在供给时复制槽。槽复制是必不可缺的,它可以让每个接口有自身的小小的vtable。但是被复制的槽指向平等的概况实现。MyClass包罗接口方法,一个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编译器为保有未有显式定义构造函数的对象自动生成。因为大家定义并初步化了一个静态变量,编译器会变动三个类构造函数。图10显示了MyClass的章程表的布局。布局呈现了13个方法,因为Method2槽为接口IVMap举办了复制,上面大家会进展座谈。图11来得了MyClass的方法表的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()

其余类型的开头4个方法总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这一个是从System.Object承接的虚方法。Method2槽被实行了复制,但是都指向同样的措施描述。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一组。

措施描述(MethodDesc)

办法描述(MethodDesc)是CL卡宴知道的诀窍完结的一个封装。有三种档案的次序的议程描述,除了用于托管落成,分别用于不一致的竞相操作达成的调用。在本文中,大家只调查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中产生,开端化为指向IL。每一个方法描述包含一个预编写翻译代理(PreJitStub),担当触发JIT编写翻译。图12来得了贰个标准的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是实际上的办法描述数据结构。对于实际的办法描述,那是-5字节的撼动,是各类方法的8个叠合字节的一局部。那5个字节饱含了调用预编写翻译代理程序的授命。5字节的舞狮可以从SOS的DumpMT输出从察看,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。在首先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完成后,满含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的义务医疗跳转指令覆盖。

图 12措施描述

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图12的秘诀表槽指向的代码进行反汇编,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

近期大家进行此措施,然后反汇编同样的地点:

!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

在此地点,唯有开首5个字节是代码,剩余字节包括了Method2的主意描述的多少。“!u”命令不晓得那点,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略5个字节后的有所东西。

CodeOrIL在JIT编译前带有IL中方法实现的绝对虚地址(Relative Virtual
Address
,LX570VA)。此域用作标记,表示是或不是IL。在按供给编写翻译后,CLENVISION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采纳三个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的不二法门描述的剧情:

!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,方法描述的开始和结果如下:

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

措施的这么些标识域的编码包涵了办法的花色,举个例子静态,实例,接口方法还是COM完毕。让我们看方法表别的一个千头万绪的方面:接口完毕。它包裹了布局进程具备的纷纭,让托管处境认为那一点看起来大致。然后,大家将表明接口如何进展示公布局和依附接口的办法分派的适当工作章程。

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

在艺术表的第12字节偏移处是一个关键的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个用到程序域档期的顺序的映射表,该表以进度档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第壹遍加载时成立。每一种接口的贯彻都在接口虚表中有叁个记录。要是MyInterface1被七个类达成,在接口虚表表中就有八个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的早先地方,如图9所示。那是接口方法分派发生时利用的引用。接口虚表是基于方法表内含的接口图音讯创设,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据制造。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点子表中的接口音信记录。在这种意况下,对MyClass实现的五个接口中的每三个都有两条记下。第一条接口消息记录的开始4个字节指向MyInterface1的项目句柄(见图9图10)。接着的WOLacrosseD(2字节)被二个注明占用(0代表从父类派生,1代表由前段时间类落成)。在申明后的WOTucsonD是二个上马槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口实现的子表。对于MyInterface2,早先槽的值为4(从0起首工编织号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,最早槽的值为6,所以槽7和8指向完成。类加载器会在急需时复制槽来产生这么的效果与利益:各类接口有温馨的兑现,可是物理映射到同一的办法描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的贯彻。

基于接口的法子分派通过接口虚表实行,而直接的办法分派通过保留在一一槽的点子描述地址进行。如在此之前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在只怕的时候一般经过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的第贰个参数总是this指针,所以经过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

这几个反汇编展现了第一手调用MyClass的实例方法未有选取偏移。JIT编写翻译器把措施描述的地点直接写到代码中。基于接口的摊派通过接口虚表发生,和一向分派比较必要有的卓殊的下令。二个下令用来取得接口虚表的地点,另三个赢得格局槽表中的接口达成的发端槽。並且,把三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”使用二个下令把mc的对象引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

今昔大家看看虚分派,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

虚分派总是通过二个固定的槽编号爆发,和办法表指针在一定的类(类型)完结档案的次序非亲非故。在措施表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现取代父类的兑现。结果,对父对象的方法调用被分摊到子对象的落到实处。反汇编呈现了分派通过8号槽发生,可以在调节和测量检验器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的出口看到那或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是措施表数据结构的着重组成都部队分。作为艺术表的一局地,它们分配在艺术表的槽数组后。全数的固有静态类型是内联的,而对于协会和援用的品类的静态值对象,通在句柄表中创建的对象援引来针对。方法表中的目标援用指向应用程序域的句柄表的靶子援引,它引用了堆上创立的对象实例。一旦成立后,句柄表内的对象引用会使堆上的指标实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的指标援用,前者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表创设前初始生活,它和措施表组成起来,是项目申明的CL奥德赛版本。实际上,EEClass和艺术表逻辑上是贰个数据结构(它们一齐表示贰个档期的顺序),只然则因为运用频度的不如而被分别。平常使用的域放在方法表,而有毛病应用的域在EEClass中。那样,须求被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,然而运营时索要的音讯(如虚表槽和GC音讯)在章程表中。

对每二个品种会加载四个EEClass到使用程序域中,满含接口,类,抽象类,数组和组织。每一个EEClass是一个被实行引擎追踪的树的节点。CLCRUISER使用这几个网络在EEClass结构中浏览,其指标包蕴类加载,方法表布局,类型验证和类型转换。EEClass的子-父关系基于承继档次建构,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的结合。在实践托管代码的长河中,新的EEClass节点被出席,节点的涉嫌被补充,新的涉嫌被确立。在互连网中,相邻的EEClass还恐怕有三个水准的涉及。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,请参照他事他说加以考察图13

图13只展现了和那么些商议相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家从没在图中适当展现偏移。EEClass有一个直接的对于艺术表的援引。EEClass也针对在私下认可使用程序域的频仍堆分配的章程描述块。在措施表创制时,对进程堆上分配的域描述列表的一个引用提供了域的布局消息。EEClass在选择程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的举办内存分页处理,因而削减了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意义不在话下。大家将来拜望使用SOS输出的EEClass的真的的大要内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的次序。首先使用命令Name2EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第二个参数时模块名,可以从DumpDomain命令得到。今后大家获得了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的输出看起来完全平等。元数据令牌(metadata
token,mdToken)表示了在模块PE文件中映射到内存的元数据表的MyClass索引,父类指向System.Object。从相邻链指向名字为Program的EEClass,能够清楚图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(可以被虚分派的情势)。即使Method1和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口举行分摊时被以为是虚函数并参加到列表中。把.cctor和.ctor参加到列表中,你会收获总共13个办法。最终列出的是类的四个静态域。MyClass未有实例域。另外域无庸赘述。

结论

小编们关于CLENCORE一些最关键的内在的探讨旅程终于终止了。分明,还应该有比相当多主题材料要求涉及,而且亟需在越来越深的层系上争辨,不过我们期望那可以辅助你看看东西怎么着事业。这里提供的非常多的音讯只怕会在.NET框架和CL途睿欧的新生版本中改换,然则固然本文提到的CLLacrosse数据结构也许更改,概念应该保持不改变。

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