SOS能够知道CL瑞虎内部的数据结构

原著地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原稿发表日期: 9/19/200伍
原稿已经被 Microsoft
删除了,搜集进度中窥见大多稿子图都不全,这是因为原来的作品的图都不全,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。
  • 方法表布局。
  • 主意分派(Method dispatching)。

因为国有语言运维时(CLHaval)将要成为在Windows上创办应用程序的主演级基础架构,
多精晓点关于CLGL450的吃水认知会援助您创设高效的, 工业级健壮的行使程序.
在那篇小说中, 我们会浏览,考察CL奥迪Q三的内在精神, 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, 和有滋有味的多少结构.

我们会采用由C#写成的特别简单的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都是以C#语言为对象的.
商量的1对数据结会谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改换,
不过绝大诸多的定义是不会变的. 大家会使用Visual Studio® .NET 二〇〇一Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数量结构.
SOS能够精通CL景逸SUV内部的数据结构, 能够dump出有用的音信. 通篇,
我们商谈论在Shared Source CLI(SSCLI)中有所相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会支持你在搜索一些布局的时候到SSCLI中的音讯.

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

在我们开头前,请留心:本文提供的音讯只对在X86平台上运转的.NET Framework
一.一卓有成效(对于Shared Source CLI
一.0只怕多适用,只是在好几交互操作的场所下必须小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改动,所以请不要在创设软件时正视于这一个内部结构的不改变性。

CL昂Cora运维程序(Bootstrap)创造的域

在CLLX570实践托管代码的率先行代码前,会创制几个利用程序域。个中多个对于托管代码以至CL中华V宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLHummerH贰运维进程创设,而提供CL帕杰罗运营进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都以运用了单件(Singleton)形式。第三个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是2个AppDomain的实例,也是唯1的有命名的域。对于简易的CL猎豹CS6宿主程序,比方调整台程序,私下认可的域名由可进行映象文件的名字组成。别的的域能够在托管代码中使用AppDomain.CreateDomain方法创立,只怕在非托管的代码中应用ICO奇骏RuntimeHost接口创立。复杂的宿主程序,举例ASP.NET,对于特定的网址会依附应用程序的数码创造多少个域。

图 2 由CL路虎极光运行程序创制的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担任成立和初叶化共享域和暗中认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且爱慕进程范围之中采纳的蕴藏大概显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
一.第11中学的多少个优化本性,它的拍卖方法显得略微昏头转向,因为CLTiguan没有给程序集机会选用此性情。固然如此,由于在具备的行使程序域中对2个特定的符号只保留一个一见青眼的字符串,此天性可以节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还担负发生过程范围的接口ID,并用来创立每一个应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中保证追踪全数域,并促成加载和卸载应用程序域的遵守。

共享域(Shared Domain)

抱有不属于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于有所应用程序域的用户代码都以必备的。它会被活动加载到共享域中。系统命名空间的基本类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLHaval运转程序进度中被优先加载到本域中。用户代码也能够被加载到那些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时利用由CL索罗德宿主程序内定的LoaderOptimization脾性。调节台程序也足以加载代码到共享域中,方法是运用System.LoaderOptimizationAttribute天性申明Main方法。共享域还管理一个选取集散地址作为目录的次第集映射图,此映射图作为管理共享程序集重视关系的查找表,这一个程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和其余在托管代码中开创的行使程序域。非共享的用户代码被加载到默许域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是使用程序域(AppDomain)的3个实例,一般的应用程序代码在中间运维。固然有个别应用程序需求在运转时创设额外的运用程序域(譬如某个使用插件,plug-in,架构或然实行器重的周转时代码生成职业的应用程序),超过一半的应用程序在运维时期只开创一个域。全数在此域运转的代码都是在域等级次序上有上下文限制。若是三个应用程序有四个使用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制新闻方可运用System.ContextBoundObject派生的品类成立。各种应用程序域有和好的安全描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还有自身的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和次序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功用是加载差异的运转时CL汉兰达部件和优化在域的一切生命期内部存储器在的预制构件。那几个堆的加强基于可预测块,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,而加载器堆同时保留类型系统。平常访问的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在反复堆上,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)。

从高档案的次序精晓域后,大家打算看看它们在一个差不离的应用程序的左右文中的情理细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method一(),然后利用SOS调节和测试器扩充命令DumpDomain来输出域的新闻。(请查看
Son of
Strike
摸底SOS的加载音讯)。这里是编写制定后的输出:

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();
    }
}

咱俩的调节台程序,山姆ple一.exe,被加载到三个名字为”萨姆ple壹.exe”的施用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,可是因为它是骨干系统库,所以也在系统域中列出。各种域会分配二个反复堆,低频堆和代理堆。系统域和共享域使用同一的类加载器,而私下认可应用程序使用自身的类加载器。

出口未有出示加载器堆的保留尺寸和已提交尺寸。高频堆的起始化大小是32KB,每一回提交4KB。SOS的出口也不曾显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每个域有3个接口虚表堆(简称为IVMap),由自身的加载器堆在域初阶化阶段创立。IVMap保留大小是4KB,起首时交由4KB。大家将会在此起彼落部分讨论项目布局时钻探IVMap的含义。

图2
展现暗中认可的经过堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大指标堆(用于大小约等于依然超越捌四千字节的靶子),它表明了那一个堆和加载器堆的语义分歧。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x八陆指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用以托管对象实例化的废物回收堆。

类别原理

类型是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够行使class,struct和interface关键字张开宣示。大多数品种由技师显式成立,不过,在特意的交互操作(interop)景况和长途对象调用(.NET
Remoting)场馆中,.NET
CLR会隐式的发出类型,这个发生的项目涵盖COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩因此3个含有对象引用的栈初阶斟酌.NET类型原理(规范地,栈是三个对象实例起初生命期的地点)。
图4中展现的代码包蕴一个轻易的次序,它有一个调整台的入口点,调用了三个静态方法。Method壹创办1个SmallClass的品类实例,该品种涵盖三个字节数组,用于演示怎么样在大目的堆创设对象。固然那是壹段无聊的代码,然而足以接济大家开始展览座谈。

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 呈现了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它注脚在只怕的景观下将函数参数通过寄存器传递,而任何参数依照从右到左的逐条入栈,然后由被调用函数完成出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。引用类型变量如smallObj以一定大小(四字节DWO汉兰达D)保存在栈中,包涵了在相似GC堆中分配的对象的地方。对于价值观C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是指标的引用。不管如何,它富含了多个对象实例的地方,大家将选拔术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

图片 2

诚如GC堆上的smallObj对象实例包蕴2个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的轻重缓急为8501陆字节,是实际上的储备大小)。CL大切诺基对超过或等于86000字节的靶子的拍卖和小指标分歧。大目的在大指标堆(LOH)上分红,而小目的在形似GC堆上制造,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会减小,而GC堆在GC回收时开始展览压缩。还有,LOH只会在一同GC回收时被回收。

smallObj的对象实例包涵类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。每种注明的品类有贰个方法表,而同样品种的具备指标实例都针对同三个方法表。它蕴涵了花色的表征音讯(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),完成的接口数目,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。

格局表指向二个名叫EEClass的首要数据结构。在章程表创制前,CLENCORE类加载器从元数据中创建EEClass。
图4中,SmallClass的措施表指向它的EEClass。那么些组织指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass一般分配在共享域的加载器堆。加载器堆和应用程序域关联,这里涉及的数据结构1旦被加载到内部,就直到应用程序域卸载时才会不复存在。而且,默许的施用程序域不会被卸载,所以这一个代码的生存期是截止CL智跑关闭甘休。

对象实例

正如小编辈说过的,全部值类型的实例大概隐含在线程栈上,大概隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆只怕 LOH 上创立。图 6
彰显了二个优异的指标布局。一个指标足以由此以下路子被引述:基于栈的片段变量,在相互操作如故平台调用情状下的句柄表,寄存器(奉行措施时的
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 不是指向目的实例的上马地方,而是有二个 DWOXC90D 的偏移量( 四字节)。此 DWO帕杰罗D 称为对象头,保存1个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 一早先计数的 syncblk
编号。因为经过索引实行延续,所以在须要扩展表的高低时, CL卡宴能够在内部存款和储蓄器中活动那几个表。 SyncTableEntry 维护3个反向的弱引用,以便 CLSportage能够跟踪 SyncBlock 的全部权。弱引用让 GC
能够在并未有别的强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了3个针对
SyncBlock
的指针,包罗了很少须求被二个目的的保有实例使用的得力的音信。那几个音信包蕴对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和运用程序域的目录。对于很多的指标实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内存,而且 syncblk 编号为 0 。那一点在举行线程蒙受如
lock(obj) 也许 obj.GetHashCode 的语句时会发生变化,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 会动用 0 作为它的原初的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL福睿斯 创设二个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩充为 try-finally 语句并利用 Monitor 类,2个作为同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创制。堆 GetHashCode
的调用会利用对象的哈希编码增添 syncblk 。
在 SyncBlock 中有其余的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时选择,然则那和优异的目的用处毫不相关。
项目句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了保持一连性,笔者会在表明实例变量后探究类型句柄。实例域(
Instance 田野同志)的变量列表紧跟在品种句柄后。默许景况下,实例域会以内部存款和储蓄器最实用利用的主意排列,这样只需求最少的作为对齐的填充字节。
7
的代码显示了 SimpleClass 包括有一对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 展现了在 Visual Studio 调节和测试器的内部存款和储蓄器窗口中的三个 SimpleClass
对象实例。我们在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后使用 ECX
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口展示对象实例。前 肆 个字节是 syncblk
编号。因为大家没有用别样共同代码应用此实例(也并未有访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的指标实例,指向初始地方的 四个字节的偏移处。字节变量 b一,b二,b三 和 b4 被一个接三个的排列在一起。两个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在壹块儿。字符串变量 str 是3个 四 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的其实的字符串实例。字符串是3个特其他花色,因为具备包蕴一样文字标识的字符串,会在先后集加载到进程时指向三个大局字符串表的同样实例。这些进程称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的运用。大家事先已经提过,在 NET
Framework 壹.壹 中,程序集无法选拔是还是不是选拔那些进程,尽管今后版本的 CLOdyssey只怕会提供那样的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

为此默许情状下,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。在竞相操作的场地下,词典顺序必须被保留到内部存款和储蓄器中,那时能够使用
StructLayoutAttribute 本性,它有3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,即使在 .NET Framework 一.第11中学,它并未有影响托管的布局(可是 .NET Framework 二.0
恐怕会这么做)。在竞相操作的处境下,若是您确实须求非常的填充字节和显示的调节域的逐条,
LayoutKind.Explicit 可以和域档次的 FieldOffset 性情一同利用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家采取 SOS 看看对象实例。二个灵光的吩咐是
DumpHeap
,它能够列出全部的堆内容和贰个非常类型的具有实例。无需依附寄存器,
DumpHeap 能够来得我们创立的当世无双2个实例的地址。

!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 的实例只包涵一个DWO帕杰罗D 的目的引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,别的 捌个字节包蕴项目句柄( 肆 字节)和 syncblk 编号( 四 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,大家得以采用 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

正如在此之前说过, C# 编写翻译器对于类的默许布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会选拔 LayoutType.Sequential
);由此类加载注重新排列实例域以最小化填充字节。大家得以选拔 ObjSize
来输出包蕴被 str 实例占用的半空中,如下所示:

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

假设您从目的图的大局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的深浅( 36字节),就足以博得 str 的轻重,即 3陆 字节。让大家输出 str
实例来声明那么些结果:

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

若果你将字符串实例的尺寸(3六字节)加上SimpleClass实例的尺寸(3陆字节),就能够得到ObjSize命令报告的总大小7②字节。

请留意ObjSize不分包syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
壹.第11中学,CL科雷傲不亮堂非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;由此它们不会被那几个命令报告。

针对方法表的门类句柄在syncblk编号后分配。在指标实例创制前,CL索罗德查看加载类型,若是未有找到,则进行加载,得到方法表地址,制造对象实例,然后把项目句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器发生的代码在开始展览方式分派时行使项目句柄来恒定方法表。CL奇骏在必要史能够因而艺术表反向访问加载类型时选择项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器扩张程序用于本文化的展现CL奥迪Q3数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的壹部分,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进度在此之前,在
Visual Studio 中启用托管代码调试。 加多 SOS.dll
所在的公文夹到PATH景况变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置二个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中举行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的有的发令,关于SOS更多音信,参谋这里

方法表

每一种类和实例在加载到利用程序域时,会在内部存款和储蓄器中通过措施表来表示。那是在指标的率先个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情状,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写翻译器爆发的照耀到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包涵的音信和外挂的消息能够透过System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中得以因而Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包罗的品类句柄指向方法表先导地方的摇晃处,偏移量暗中同意景况下是1贰字节,包涵了GC新闻。大家不策画在此处对其打开座谈。

图 9
显示了点子表的天下第贰布局。大家会申明项目句柄的壹对最首要的域,但是对于截然的列表,请参考此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)开端,因为它平素关联到运转时的内部存储器状态。

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总计的指标的轻重,基于代码中声称的域。此前早已研讨过,当前GC的兑现内需2个最少1二字节的指标实例。假使二个类未有定义任何实例域,它起码含有额外的5个字节。别的的七个字节被对象头(大概包蕴syncblk编号)和种类句柄占用。再说一次,对象的深浅会蒙受StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中显得的MyClass(有两个接口)的不2诀窍表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
200三内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的出口进行比较。在图9中,对象大小位于四字节的挥动处,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

艺术槽表(Method Slot Table)

在措施表中蕴藏了一个槽表,指向各类艺术的描述(MethodDesc),提供了档案的次序的行为本领。方法槽表是基于方法实现的线性链表,依照如下顺序排列:继承的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在现阶段类,父类和接口的元数据中遍历,然后创设方法表。在排列进度中,它替换全部的被掩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。槽复制是必备的,它可以让各种接口有友好的微小的vtable。然则被复制的槽指向平等的物理达成。MyClass包括接口方法,多少个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为具有未有显式定义构造函数的靶子自动生成。因为大家定义并起首化了一个静态变量,编译器会扭转八个类构造函数。图10来得了MyClass的措施表的布局。布局展现了10个格局,因为Method二槽为接口IVMap实行了复制,上边大家会议及展览开座谈。图11呈现了MyClass的法子表的SOS的出口。

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()

别的类型的起始6个格局总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这个是从System.Object承袭的虚方法。Method二槽被举办了复制,但是都对准同样的艺术描述。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1组。

格局描述(MethodDesc)

措施描述(MethodDesc)是CLWrangler知道的章程完结的三个卷入。有二种类型的措施描述,除了用于托管实现,分别用于分裂的交互操作完毕的调用。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度中发出,伊始化为指向IL。种种方法描述包括3个预编写翻译代理(PreJitStub),肩负触发JIT编写翻译。图12体现了二个卓绝的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实在的办法描述数据结构。对于实际的点子描述,那是-5字节的挥舞,是各种方法的九个附加字节的一片段。那伍个字节包涵了调用预编写翻译代理程序的命令。伍字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从观察,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前边的5个字节。在率先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译达成后,包罗调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x八六代码的无需付费跳转指令覆盖。

图 12艺术描述

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图12的章程表槽指向的代码举行反汇编,呈现了对预编译代理的调用。以下是在
Method二 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

当今我们施行此方法,然后反汇编同样的地方:

!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,唯有初叶三个字节是代码,剩余字节包括了Method二的主意描述的数量。“!u”命令不驾驭那点,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略三个字节后的装有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术实现的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,HighlanderVA)。此域用作标识,表示是不是IL。在按供给编写翻译后,CL翼虎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二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编译前后的方式描述的内容:

!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

方法的这一个标志域的编码包蕴了措施的花色,比方静态,实例,接口方法仍旧COM完成。让我们看方法表其它八个头晕目眩的方面:接口达成。它包裹了布局进程具备的目眩神摇,让托管意况感到这或多或少看起来大约。然后,大家将表明接口怎么样进行布局和根据接口的点子分派的合适职业格局。

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

在点子表的第32字节偏移处是八个至关首要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个用到程序域档期的顺序的映射表,该表以进程档次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第三遍加载时成立。每种接口的完毕都在接口虚表中有贰个记下。如若MyInterface壹被多个类达成,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启幕地点,如图9所示。那是接口方法分派发生时行使的引用。接口虚表是基于方法表内含的接口图消息制造,接口图在点子表布局进度中基于类的元数据创制。一旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第2捌字节地方的接口图会指向内含在措施表中的接口新闻记录。在这种状态下,对MyClass实现的多少个接口中的每二个都有两条记下。第贰条接口音讯记录的开始四个字节指向MyInterface一的门类句柄(见图9图10)。接着的WO牧马人D(二字节)被3个标明占用(0意味着从父类派生,一意味由近些日子类实现)。在表明后的WORAV四D是1个从头槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口落成的子表。对于MyInterface2,开首槽的值为四(从0开首编号),所以槽伍和陆指向达成;对于MyInterface二,初阶槽的值为陆,所以槽7和捌指向完毕。类加载器会在需求时复制槽来发出如此的成效:每一种接口有投机的贯彻,然则物理映射到平等的点子描述。在MyClass中,MyInterface1.Method二和MyInterface②.Method二会指向同样的完毕。

据说接口的方法分派通过接口虚表进行,而一向的法子分派通过保留在所有人家槽的办法描述地址实行。如以前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,起始2个参数在大概的时候一般经过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的第3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

那么些反汇编呈现了一直调用MyClass的实例方法未有动用偏移。JIT编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产生,和直接分派相比较须求有些外加的命令。二个限令用来获得接口虚表的地址,另二个获得情势槽表中的接口达成的初阶槽。而且,把一个对象实例调换为接口只必要拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用三个限令把mc的靶子引用拷贝到mi一。

虚分派(Virtual Dispatch)

现今我们看看虚分派,并且和依赖接口的分担进行相比较。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3个稳固的槽编号爆发,和艺术表指针在一定的类(类型)完毕等级次序非亲非故。在方式表布局时,类加载器用覆盖的子类的贯彻替代父类的落到实处。结果,对父对象的措施调用被分摊到子对象的实现。反汇编展现了分派通过八号槽发生,能够在调节和测试器的内部存款和储蓄器窗口(如图拾所示)和DumpMT的输出看到这点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方式表数据结构的要害组成部分。作为艺术表的1部分,它们分配在点子表的槽数组后。全数的原有静态类型是内联的,而对于组织和引用的项目标静态值对象,通在句柄表中开创的对象引用来针对。方法表中的指标引用指向应用程序域的句柄表的目的引用,它引用了堆上创造的靶子实例。1旦制造后,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指向句柄表的对象引用,后者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在方式表创制前伊始生活,它和情势表组成起来,是项目证明的CL中华V版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是两个数据结构(它们一同表示三个类型),只但是因为使用频度的不等而被分手。常常应用的域放在方法表,而失常应用的域在EEClass中。那样,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,不过运营时需求的音讯(如虚表槽和GC消息)在艺术表中。

对每三个类型会加载三个EEClass到利用程序域中,包涵接口,类,抽象类,数组和结构。种种EEClass是三个被实行引擎追踪的树的节点。CL酷威使用这些网络在EEClass结构中浏览,其目标包括类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承继档期的顺序建构,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的构成。在实施托管代码的进程中,新的EEClass节点被参加,节点的涉嫌被补充,新的涉嫌被确立。在互联网中,相邻的EEClass还有八个程度的涉及。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只显示了和那个研商相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,我们从未在图中适当展现偏移。EEClass有3个直接的对于艺术表的引用。EEClass也本着在暗中同意使用程序域的频仍堆分配的不贰秘技描述块。在章程表成立时,对经过堆上分配的域描述列表的多个引用提供了域的布局音讯。EEClass在应用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的拓展内部存储器分页管理,由此削减了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的含义不言自明。我们后天看看使用SOS输出的EEClass的的确的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method壹代码行设置断点后,运维图三的主次。首先应用命令Name二EE获得MyClass的EEClass的地方。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name贰EE的首先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。以后我们获取了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的出口看起来完全同样。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。从相邻链指向名称叫Program的EEClass,能够领会图壹三出示的是加载Program时的结果。

MyClass有柒个虚表槽(能够被虚分派的法子)。即便Method1和Method贰不是虚方法,它们得以在经过接口进行摊派时被感觉是虚函数并参与到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会获取总共十三个方式。最后列出的是类的七个静态域。MyClass没有实例域。别的域不言自明。

结论

我们关于CL奇骏一些最关键的内在的追究旅程终于停止了。明显,还有诸多主题材料供给涉及,而且需求在更加深的档次上探讨,可是大家意在那足以扶助您看来事物怎样专门的学业。这里提供的累累的新闻恐怕会在.NET框架和CL奥迪Q7的新兴版本中更改,可是就算本文提到的CLLAND数据结构大概变动,概念应该保持不改变。

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