SOS能够精晓CLWrangler内部的数据结构

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿公布日期: 9/19/二零零六
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜罗进度中开掘大多篇章图都不全,那是因为原著的图都不全,所以特搜集完整全文。

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)。

因为国有语言运维时(CLMercedes-EQ)就要成为在Windows上创造应用程序的主演级基础架构,
多精晓点关于CLTucson的深度认知会帮忙您塑造便捷的, 工业级健壮的行使程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,调查CLENCORE的内在精神, 饱含对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和丰富多彩的数码结构.

大家会动用由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.
斟酌的一对数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改造,
可是绝大大多的定义是不会变的. 大家会选择Visual Studio® .NET 贰零零壹Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些多少结构.
SOS能够知情CLPRADO内部的数据结构, 能够dump出有用的新闻. 通篇,
大家交涉谈在Shared Source CLI(SSCLI)中拥有相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会帮助您在追寻一些布局的时候到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

在我们先河前,请小心:本文提供的新闻只对在X86平台上运维的.NET Framework
1.1行之有效(对于Shared Source CLI
1.0也比相当多适用,只是在有些交互操作的情形下必得注意例外),对于.NET
Framework
2.0会有退换,所以请不要在创设软件时依赖于那几个内部结构的不改变性。

CL奇骏运转程序(Bootstrap)成立的域

在CLENCORE推行托管代码的首先行代码前,会创立七个应用程序域。当中三个对于托管代码以致CLRAV4宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLCR-V运维进度成立,而提供CL卡宴运营进程的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都以选择了单件(Singleton)形式。第多少个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是三个AppDomain的实例,也是无可比拟的有命名的域。对于简易的CLLAND宿主程序,比方调控台程序,默许的域名由可进行映象文件的名字组成。另外的域能够在托管代码中利用AppDomain.CreateDomain方法创制,也许在非托管的代码中选拔ICO奥迪Q7RuntimeHost接口创造。复杂的宿主程序,譬喻ASP.NET,对于特定的网址会凭仗应用程序的多少创立三个域。

图 2 由CLQashqai运维程序创造的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担任创制和最初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,何况爱抚过程范围里边选择的盈盈只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的一个优化脾性,它的管理格局显得有个别昏头转向,因为CL牧马人未有给程序集时机接纳此本性。纵然如此,由于在具备的利用程序域中对三个特定的标志只保留二个一见青睐的字符串,此天性可以省去内部存款和储蓄器空间。

系统域还背负发生进程范围的接口ID,并用来创设各类应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中维系追踪全体域,并实现加载和卸载应用程序域的职能。

共享域(Shared Domain)

怀有不属于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于全数应用程序域的客商代码都以少不了的。它会被电动加载到分享域中。系统命名空间的着力类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL宝马7系运转程序进度中被优先加载到本域中。客商代码也可以被加载到那个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时使用由CL本田CR-V宿主程序钦命的LoaderOptimization个性。调整台程序也足以加载代码到分享域中,方法是应用System.LoaderOptimizationAttribute天性注脚Main方法。分享域还管理三个施用营地址作为目录的前后相继集映射图,此映射图作为管理分享程序集正视关系的查找表,这一个程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和别的在托管代码中创造的选取程序域。非分享的客户代码被加载到默许域。

默认域(Default Domain)

暗许域是行使程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在内部运营。就算有个别应用程序需求在运作时创设额外的选用程序域(例如有个别使用插件,plug-in,架构大概扩充第一的运营时代码生成职业的应用程序),大部分的应用程序在运作时期只开创多少个域。全体在此域运维的代码都以在域档案的次序上有上下文限制。如若二个应用程序有多少个应用程序域,任何的域间访谈会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制消息能够利用System.ContextBoundObject派生的类型创立。每种应用程序域有友好的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中认可上下文(DefaultContext),还应该有团结的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功能是加载分裂的运营时CLEscort部件和优化在域的凡事生命期内部存款和储蓄器在的预制构件。这一个堆的加强基于可预测块,这样可以使碎片最小化。加载器堆分化于垃圾回收堆(或许对称多管理器上的八个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆相同的时间保留类型系统。常常访谈的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在数14遍堆上,而非常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)。

从高档次了然域后,大家准备看看它们在三个简单的应用程序的内外文中的情理细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后采纳SOS调节和测验器扩充命令DumpDomain来输出域的消息。(请查看
Son of
Strike
领悟SOS的加载消息)。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();
    }
}

我们的调整台程序,Sample1.exe,被加载到五个名称为”Sample1.exe”的行使程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是着力系统库,所以也在系统域中列出。每一个域会分配三个频频堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用一样的类加载器,而私下认可应用程序使用自个儿的类加载器。

出口未有显得加载器堆的保留尺寸和已交给尺寸。高频堆的开端化大小是32KB,每一回提交4KB。SOS的出口也从未突显接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一种域有三个接口虚表堆(简称为IVMap),由本人的加载器堆在域伊始化阶段创造。IVMap保留大小是4KB,最初时交由4KB。大家将会在继续部分钻探项目布局时研商IVMap的意思。

图2
呈现默许的进度堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大目的堆(用于大小相当于依旧超过8五千字节的靶子),它表明了那一个堆和加载器堆的语义区别。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x86指令况且保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用以托管对象实例化的污物回收堆。

项目原理

花色是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够使用class,struct和interface关键字张开宣示。大比比较多体系由程序员显式创制,然而,在特意的竞相操作(interop)情状和长途对象调用(.NET
Remoting)场所中,.NET
CL中华V会隐式的发出类型,这几个爆发的类型饱含COM和平运动行时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

笔者们透过三个包罗对象援引的栈初阶切磋.NET类型原理(规范地,栈是一个对象实例起首生命期的地点)。
图4中显得的代码包涵多少个归纳的前后相继,它有一个调控台的入口点,调用了一个静态方法。Method1创制二个SmallClass的体系实例,该类型包罗贰个字节数组,用于演示怎么样在大指标堆创制对象。就算那是一段无聊的代码,不过足以帮忙大家开展座谈。

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 展现了截止在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用规范,它注解在恐怕的情事下将函数参数通过存放器传递,而任何参数根据从右到左的逐个入栈,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。引用类型变量如smallObj以固定大小(4字节DWOENVISIOND)保存在栈中,包涵了在形似GC堆中分配的靶子的地点。对于价值观C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是目的的援引。不管怎么样,它包涵了一个目的实例的地方,大家将运用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

图片 2

相似GC堆上的smallObj对象实例包蕴贰个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中展现的轻重为85016字节,是事实上的储备大小)。CLWrangler对超过或等于8四千字节的靶子的管理和小目的分歧。大目的在大目的堆(LOH)上抽成,而小指标在形似GC堆上创制,那样能够优化对象的抽成和回收。LOH不会降价扣,而GC堆在GC回收时进行削减。还或者有,LOH只会在一起GC回收时被回收。

smallObj的对象实例包含类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。每一个表明的体系有三个方法表,而平等类别的有所目的实例都针对同三个方法表。它包涵了品种的风味消息(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,指向相应实现的槽表。

情势表指向一个名叫EEClass的要紧数据结构。在格局表创设前,CLENVISION类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的不二等秘书技表指向它的EEClass。这一个组织指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass一般分配在分享域的加载器堆。加载器堆和采用程序域关联,这里提到的数据结构一旦被加载到内部,就直到应用程序域卸载时才会破灭。並且,默许的应用程序域不会被卸载,所以这个代码的生存期是结束CL凯雷德关闭停止。

对象实例

正如笔者辈说过的,所有值类型的实例只怕隐含在线程栈上,大概隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆恐怕 LOH 上创制。图 6
突显了二个天下第一的指标布局。叁个指标足以经过以下路子被引用:基于栈的有的变量,在互相操作仍旧平台调用意况下的句柄表,存放器(执市价势时的
this 指针和议程参数),具有终结器( finalizer )方法的对象的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向指标实例的起来地方,而是有二个 DWORubiconD 的偏移量( 4
字节)。此 DWOCRUISERD 称为对象头,保存二个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1
开头计数的 syncblk
编号。因为经过索引进行连接,所以在需求扩大表的深浅时, CL大切诺基能够在内部存款和储蓄器中活动这么些表。 SyncTableEntry 维护多个反向的弱援引,以便 CLENVISION能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱援引让 GC
能够在未曾其他强援引存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了四个对准
SyncBlock
的指针,包蕴了相当少供给被一个对象的有所实例使用的可行的消息。那些音讯包涵对象锁,哈希编码,任何调换层
(thunking) 数据和利用程序域的目录。对于绝大多数的靶子实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存储器,何况 syncblk 编号为 0 。这点在实践线程境遇如
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

在上述代码中, smallObj 会利用 0 作为它的起先的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLSportage 创造二个 syncblk 入口并选拔相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会增添为 try-finally 语句并使用 Monitor 类,贰个作为同步的
Monitor 对象在 syncblk 上成立。堆 GetHashCode
的调用会使用对象的哈希编码增加 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,不过这和优秀的目的用处非亲非故。
品种句柄紧跟在对象实例中的 syncblk
编号后。为了保证三番五次性,作者会在认证实例变量后探究类型句柄。实例域(
Instance 田野)的变量列表紧跟在项目句柄后。暗中认可情状下,实例域会以内部存款和储蓄器最实用利用的措施排列,那样只须要最少的作为对齐的填充字节。
7
的代码显示了 SimpleClass 包括有局地不等大小的实例变量。

图 7 SimpleClass with Instance Variables

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

    //Total instance variable size = 28 bytes 

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

图 8 显示了在 Visual Studio 调节和测量试验器的内部存款和储蓄器窗口中的二个 SimpleClass
对象实例。我们在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后使用 ECX
贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口展现对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家从没用任何共同代码应用此实例(也未有访谈它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的指标实例,指向开端地点的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被三个接二个的排列在一道。多个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一齐。字符串变量 str 是三个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的实在的字符串实例。字符串是多个特意的等级次序,因为具备包含一样文字标识的字符串,会在前后相继集加载到过程时指向二个大局字符串表的大同小异实例。那一个进度称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内存的选择。大家事先已经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能够选用是还是不是利用这几个历程,固然今后版本的 CL奥迪Q5大概会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

因此暗中同意情状下,成员变量在源代码中的词典顺序没有在内部存款和储蓄器中保持。在互动操作的情状下,词典顺序必须被保留到内存中,那时能够动用
StructLayoutAttribute 特性,它有一个 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,固然在 .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)。在互动操作的景况下,借使您真的需求十一分的填充字节和呈现的调节域的逐个,
LayoutKind.Explicit 能够和域档次的 FieldOffset 性子一齐利用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,我们选拔 SOS 看看对象实例。一个可行的授命是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和多个特意类型的具备实例。无需依靠贮存器,
DumpHeap 能够显得我们创制的独一无二三个实例的地点。

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

对象的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有二个DWO帕杰罗D 的目的援引。 SimpleClass 的实例变量仅占用 28 字节,别的 8
个字节满含项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,大家得以行使 DumpObj 命令输出它的原委,如下所示:

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

正如在此以前说过, C# 编写翻译器对于类的暗许布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会选取 LayoutType.Sequential
);因而类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够使用 ObjSize
来输出包涵被 str 实例占用的空间,如下所示:

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

假定你从指标图的全局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的大大小小( 36
字节),就可以取得 str 的分寸,即 36 字节。让大家输出 str
实例来证实那几个结果:

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

一经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不包蕴syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。并且,在.NET Framework
1.第11中学,CL途睿欧不知道非托管能源占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被那几个命令报告。

针对方法表的类型句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创造前,CLEnclave查看加载类型,若无找到,则打开加载,获得方法表地址,创制对象实例,然后把品种句柄值追加到对象实例中。JIT编译器发生的代码在进行情势分派时使用项目句柄来恒定方法表。CLWrangler在供给史能够通过艺术表反向访谈加载类型时选取项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩张程序用于本文化的展现CLLAND数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的一局地,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量检验。 增多 SOS.dll
所在的文书夹到PATH情形变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装三个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中试行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测量检验相关的部分指令,关于SOS更加多音讯,参照他事他说加以考察这里

方法表

每一个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。那是在目的的率先个实例创设前的类加载活动的结果。对象实例表示的是气象,而艺术表表示了行为。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炫丽到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包括的音信和外挂的新闻能够通过System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中能够透过Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包括的类型句柄指向方法表开端地点的撼动处,偏移量私下认可景况下是12字节,包涵了GC音讯。大家不策画在此地对其进展座谈。

图 9
展现了点子表的精华布局。大家会注脚项目句柄的一部分第一的域,不过对于截然的列表,请参见此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)开头,因为它直接涉及到运维时的内部存款和储蓄器状态。

图 9 方法表布局

图片 5

基实例大小

基实例大小是由类加载器总结的对象的轻重,基于代码中注脚的域。此前曾经研究过,当前GC的兑现内需一个最少12字节的靶子实例。若是二个类未有定义任何实例域,它起码含有额外的4个字节。其余的8个字节被对象头(或者含有syncblk编号)和种类句柄占用。再说叁次,对象的尺寸会惨被StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中显示的MyClass(有八个接口)的点子表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
二零零三内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的出口进行相比较。在图9中,对象大小位于4字节的挥舞处,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

方法槽表(Method Slot Table)

在措施表中蕴藏了三个槽表,指向各类艺术的汇报(MethodDesc),提供了类别的行为技术。方法槽表是基于方法完结的线性链表,根据如下顺序排列:承接的虚方法,引入的虚方法,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,然后创制方法表。在排列进程中,它替换全部的被覆盖的虚方法和被埋伏的父类方法,创造新的槽,在急需时复制槽。槽复制是少不了的,它能够让各类接口有投机的细小的vtable。然则被复制的槽指向平等的物理达成。MyClass富含接口方法,四个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为富有未有显式定义构造函数的目的自动生成。因为我们定义并伊始化了二个静态变量,编译器会转换三个类构造函数。图10展现了MyClass的办法表的布局。布局显示了十一个办法,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,下边大家会举行研究。图11彰显了MyClass的措施表的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()

别的项指标最初4个办法总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那么些是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被开展了复制,可是都针对一样的点子描述。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。

主意描述(MethodDesc)

方法描述(MethodDesc)是CL中华V知道的方法完结的八个包装。有两种档案的次序的法子描述,除了用于托管完毕,分别用于差异的互动操作达成的调用。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出,初始化为指向IL。每个方法描述包涵多个预编写翻译代理(PreJitStub),担当触发JIT编写翻译。图12呈现了一个优良的布局,方法表的槽实际上指向代理,实际不是实际的不二诀要描述数据结构。对于实际的不二等秘书诀描述,那是-5字节的偏移,是每一个方法的8个附加字节的一某个。那5个字节包涵了调用预编写翻译代理程序的通令。5字节的挥舞能够从SOS的DumpMT输出从观望,因为方法描述总是方法槽表指向的任务前边的5个字节。在第叁遍调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译达成后,包蕴调用指令的5个字节会被跳转到JIT编译后的x86代码的白白跳转指令覆盖。

图 12措施描述

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图12的办法表槽指向的代码举办反汇编,呈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彰显。

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

现行反革命大家试行此情势,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,独有初始5个字节是代码,剩余字节包括了Method2的法子描述的多少。“!u”命令不知底那或多或少,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略5个字节后的有着东西。

CodeOrIL在JIT编译前满含IL中方法达成的抵触虚地址(Relative Virtual
Address
,GL450VA)。此域用作标记,表示是或不是IL。在按供给编写翻译后,CLLX570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用贰个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的章程描述的开始和结果:

!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,方法描述的内容如下:

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

情势的那些标识域的编码包罗了主意的类型,比如静态,实例,接口方法依然COM达成。让大家看方法表别的多少个长短不一的地点:接口落成。它包裹了布局进度具备的叶影参差,让托管景况感觉这点看起来轻松。然后,大家将表明接口怎么着开展布局和基于接口的法子分派的异常专业章程。

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

在方式表的第12字节偏移处是一个器重的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个运用程序域档期的顺序的映射表,该表以进程档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第三遍加载时创立。每种接口的达成都在接口虚表中有一个记下。纵然MyInterface1被几个类达成,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开头位置,如图9所示。那是接口方法分派发生时采用的援引。接口虚表是基于方法表内含的接口图信息创制,接口图在格局表布局过程中基于类的元数据创制。一旦类型加载成功,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章程表中的接口音信记录。在这种景观下,对MyClass达成的四个接口中的每一个都有两条记下。第一条接口消息记录的始发4个字节指向MyInterface1的品类句柄(见图9图10)。接着的WO福特ExplorerD(2字节)被贰个注脚占用(0意味着从父类派生,1意味着由方今类达成)。在表明后的WO揽胜极光D是多个上马槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,发轫槽的值为4(从0起先编号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,初阶槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在急需时复制槽来发生那样的成效:每一个接口有友好的落实,可是物理映射到均等的办法描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的兑现。

依照接口的方法分派通过接口虚表实行,而直白的法子分派通过保留在各种槽的法子描述地址进行。如在此以前谈到,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在可能的时候一般经过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

那几个反汇编突显了直白调用MyClass的实例方法未有运用偏移。JIT编写翻译器把办法描述的地点直接写到代码中。基于接口的分担通过接口虚表发生,和直接分派相比较必要一些分外的命令。一个命令用来得到接口虚表的地方,另一个获得格局槽表中的接口达成的启幕槽。况兼,把八个对象实例调换为接口只需求拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用三个下令把mc的靶子引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

最近我们看看虚分派,何况和基于接口的摊派实行相比。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产生,和议程表指针在一定的类(类型)达成等级次序非亲非故。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落到实处。结果,对父对象的方式调用被分摊到子对象的达成。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的出口看到那或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是艺术表数据结构的主要组成都部队分。作为艺术表的一片段,它们分配在方式表的槽数组后。全体的本来面目静态类型是内联的,而对于组织和引用的花色的静态值对象,通在句柄表中创设的靶子援用来针对。方法表中的对象援用指向应用程序域的句柄表的指标征引,它援引了堆上创设的目的实例。一旦创建后,句柄表内的靶子引用会使堆上的对象实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的靶子援用,前者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在格局表创制前开头生活,它和艺术表组成起来,是项目注解的CLSportage版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是三个数据结构(它们一同表示二个项目),只不过因为使用频度的不等而被分手。常常采用的域放在方法表,而不平时接纳的域在EEClass中。那样,供给被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,不过运转时供给的消息(如虚表槽和GC消息)在艺术表中。

对每二个项目会加载贰个EEClass到使用程序域中,包括接口,类,抽象类,数组和协会。各个EEClass是叁个被实施引擎追踪的树的节点。CLEscort使用那个网络在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-父关系基于继承等级次序创建,而父-子关系基于接口等级次序和类加载顺序的整合。在举办托管代码的进度中,新的EEClass节点被投入,节点的关联被填补,新的关系被确立。在网络中,相邻的EEClass还应该有叁个等级次序的涉嫌。EEClass有四个域用于处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只展现了和那一个商议相关的一些域。因为我们忽略了布局中的一些域,大家从不在图中格外呈现偏移。EEClass有三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反复堆分配的秘诀描述块。在艺术表创设时,对进度堆上分配的域描述列表的七个引用提供了域的布局音讯。EEClass在行使程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的进展内存分页管理,因而削减了专门的工作集。

图13 EEClass 布局

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图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的含义无庸赘述。大家以往拜会使用SOS输出的EEClass的实在的物理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运营图3的程序。首先利用命令Name2EE获得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命令得到。未来大家获得了EEClass的地点,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储器的元数据表的MyClass索引,父类指向System.Object。从相邻链指向名叫Program的EEClass,可以明白图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的艺术)。就算Method1和Method2不是虚方法,它们能够在通过接口实行摊派时被以为是虚函数并踏入到列表中。把.cctor和.ctor加入到列表中,你会博得总共12个措施。最终列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。另外域无庸赘述。

结论

咱俩关于CL安德拉一些最重大的内在的研究旅程终于甘休了。显明,还有好多标题亟需涉及,並且需求在更加深的等级次序上研商,可是我们期待那足以帮衬您看看事物如何是好事。这里提供的成百上千的新闻可能会在.NET框架和CL福特Explorer的新兴版本中更换,不过尽管本文提到的CL哈弗数据结构也许更换,概念应该维持不改变。

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