NET框架之中理解CLRAV4怎样创造运营时对象

初稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原稿发表日期: 9/19/200五
原来的文章已经被 Microsoft
删除了,收罗进程中发觉很多小说图都不全,那是因为原来的书文的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 对象布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 艺术表布局。
  • 方法分派(Method dispatching)。

因为国有语言运维时(CLLacrosse)将在成为在Windows上创设应用程序的主演级基础架构,
多明白点关于CL奥迪Q3的深浅认知会扶助您营造飞快的, 工业级健壮的使用程序.
在那篇文章中, 我们会浏览,侦察CLEnclave的内在精神, 包涵对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和丰富多彩的多少结构.

笔者们会使用由C#写成的卓殊轻巧的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都以以C#语言为指标的.
切磋的一些数据结议和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改动,
可是许多的定义是不会变的. 大家会利用Visual Studio® .NET 二零零零Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数额结构.
SOS可以通晓CL猎豹CS6内部的数据结构, 能够dump出有用的新闻. 通篇,
大家会谈论在Shared Source CLI(SSCLI)中保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 会援助您在搜索一些布局的时候到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

在大家开端前,请留心:本文提供的新闻只对在X八陆平台上运营的.NET Framework
壹.壹可行(对于Shared Source CLI
一.0也大多适用,只是在有些交互操作的情况下必须注意例外),对于.NET
Framework
二.0会有变动,所以请不要在营造软件时正视于那个内部结构的不改变性。

CL奥德赛运转程序(Bootstrap)创造的域

在CL奥迪Q三实践托管代码的首先行代码前,会创设多少个应用程序域。在那之中三个对于托管代码以至CL奥迪Q7宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CL途乐运维进度创设,而提供CL安德拉运转进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那一个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都以采取了单件(Singleton)方式。第⑥个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是1个AppDomain的实例,也是唯一的有命名的域。对于简易的CL瑞虎宿主程序,比方调整台程序,默许的域名由可实行映象文件的名字组成。其余的域能够在托管代码中使用AppDomain.CreateDomain方法创制,或然在非托管的代码中应用ICO哈弗RuntimeHost接口创造。复杂的宿主程序,比方ASP.NET,对于特定的网站会依照料用程序的数目创设多少个域。

图 2 由CL帕杰罗运维程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担负制造和初阶化共享域和私下认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且保养进度范围之中使用的含有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3个优化性情,它的拍卖方法显得有个别昏头转向,因为CL哈弗未有给程序集机会选取此天性。即便如此,由于在装有的行使程序域中对二个特定的符号只保留一个一见还是的字符串,此特性能够节省外部存储器空间。

系统域还担任发生进度范围的接口ID,并用来创制各样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部域,并促成加载和卸载应用程序域的效能。

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,对于有着应用程序域的用户代码都是须要的。它会被活动加载到共享域中。系统命名空间的主干类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL卡宴运转程序进度中被事先加载到本域中。用户代码也得以被加载到那几个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时使用由CL奥迪Q三宿主程序钦定的LoaderOptimization天性。调控台程序也能够加载代码到共享域中,方法是利用System.LoaderOptimizationAttribute脾性注脚Main方法。共享域还管理一个用到营地址作为目录的顺序集映射图,此映射图作为管理共享程序集信赖关系的查找表,这个程序集被加载到暗中认可域(DefaultDomain)和其它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私下认可域。

默认域(Default Domain)

默许域是运用程序域(AppDomain)的2个实例,一般的应用程序代码在里面运转。固然某些应用程序要求在运营时创立额外的施用程序域(比方有个别使用插件,plug-in,框架结构也许拓展第一的运营时期码生成职业的应用程序),超越四分之二的应用程序在运营时期只创建一个域。全部在此域运转的代码都以在域等级次序上有上下文限制。尽管1个应用程序有多个应用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制音讯能够利用System.ContextBoundObject派生的品种制造。每一种应用程序域有和谐的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中同意上下文(DefaultContext),还有温馨的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表处理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的效应是加载不相同的运行时CL翼虎部件和优化在域的全体生命期内设有的部件。那几个堆的拉长基于可预测块,这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,分配在屡次堆上,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)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序明白域后,大家筹算看看它们在贰个回顾的应用程序的上下文中的情理细节,见
图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后利用SOS调节和测试器扩张命令DumpDomain来输出域的新闻。(请查看
Son of
Strike
叩问SOS的加载音信)。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();
    }
}

我们的调整台程序,萨姆ple一.exe,被加载到二个名称叫”萨姆ple一.exe”的利用程序域。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。每一种域会分配一个反复堆,低频堆和代理堆。系统域和共享域使用同壹的类加载器,而私下认可应用程序使用自个儿的类加载器。

输出未有显得加载器堆的保留尺寸和已交付尺寸。高频堆的初步化大小是32KB,每一次提交4KB。SOS的出口也未尝出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一种域有2个接口虚表堆(简称为IVMap),由本身的加载器堆在域发轫化阶段成立。IVMap保留大小是4KB,伊始时提交4KB。大家将会在再三再四部分探讨项目布局时研讨IVMap的含义。

图2
突显暗中同意的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大目的堆(用于大小相等依然超过8四千字节的目的),它表明了这么些堆和加载器堆的语义差别。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器爆发x86指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目标堆是用来托管对象实例化的废品回收堆。

花色原理

品类是.NET编程中的基本单元。在C#中,类型能够利用class,struct和interface关键字打开宣示。大许多类型由程序员显式创立,但是,在专门的竞相操作(interop)意况和远程对象调用(.NET
Remoting)场馆中,.NET
CLOdyssey会隐式的发生类型,那个产生的花色涵盖COM和周转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩通过三个饱含对象引用的栈初步商量.NET类型原理(标准地,栈是三个目标实例初始生命期的地方)。
图4中显得的代码包蕴三个大概的主次,它有1个调整台的入口点,调用了贰个静态方法。Method1创建3个SmallClass的类型实例,该项目涵盖1个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创造对象。固然那是壹段无聊的代码,不过足以辅助大家开始展览探究。

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的调用规范,它表明在大概的境况下将函数参数通过寄存器传递,而任何参数遵照从右到左的相继入栈,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以稳住大小(四字节DWO奥德赛D)保存在栈中,包罗了在形似GC堆中分配的目标的地址。对于价值观C++,这是目标的指针;在托管世界中,它是目的的引用。不管怎么样,它包罗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的栈结会谈堆

图片 2

一般GC堆上的smallObj对象实例包蕴1个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的尺寸为8501六字节,是实际上的储备大小)。CL安德拉对当先或等于85000字节的对象的管理和小目的不相同。大目的在大目的堆(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不会缩减,而GC堆在GC回收时开始展览压缩。还有,LOH只会在一点1滴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。每种注脚的品类有1个方法表,而同样品种的具有目的实例都针对同四个方法表。它富含了类其他性状消息(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。

主意表指向1个名字为EEClass的根本数据结构。在章程表创制前,CL猎豹CS6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。那几个构造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。加载器堆和平运动用程序域关联,这里涉及的数据结构壹旦被加载到中间,就直到应用程序域卸载时才会消退。而且,默许的行使程序域不会被卸载,所以那个代码的生存期是结束CL揽胜极光关闭截至。

对象实例

正如笔者辈说过的,全体值类型的实例大概隐含在线程栈上,只怕隐含在 GC
堆上。全体的引用类型在 GC 堆恐怕 LOH 上创建。图 6
显示了贰个超人的靶子布局。一个对象能够通过以下门路被引述:基于栈的一部分变量,在相互操作依然平台调用意况下的句柄表,寄存器(实行办法时的
this 指针和措施参数),具备终结器( finalizer )方法的目标的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的始发地点,而是有二个 DWOSportageD 的偏移量( 四字节)。此 DWO凯雷德D 称为对象头,保存三个对准 SyncTableEntry 表的目录(从 1初步计数的 syncblk
编号。因为通过索引实行连接,所以在急需扩充表的大小时, CLRubicon能够在内部存款和储蓄器中移动那么些表。 SyncTableEntry 维护四个反向的弱引用,以便 CL大切诺基能够跟踪 SyncBlock 的全体权。弱引用让 GC
能够在未曾别的强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了一个针对性
SyncBlock
的指针,包蕴了很少要求被一个目的的具备实例使用的管事的音信。那一个新闻包罗对象锁,哈希编码,任何转换层
(thunking) 数据和行使程序域的目录。对于大诸多的对象实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,而且 syncblk 编号为 0 。那一点在施行线程蒙受如
lock(obj) 或许 obj.GetHashCode 的语句时会产生变化,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 3

在以上代码中, smallObj 会使用 0 作为它的前奏的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL牧马人 成立1个 syncblk 入口并行使相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并利用 Monitor 类,二个作为同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创设。堆 GetHashCode
的调用会动用对象的哈希编码扩张 syncblk 。
在 SyncBlock 中有其余的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时选拔,可是那和杰出的目的用处毫无干系。
类型句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了保险三番五次性,小编会在表达实例变量后钻探类型句柄。实例域(
Instance field)的变量列表紧跟在项目句柄后。暗中同意情形下,实例域会以内部存款和储蓄器最管用应用的措施排列,那样只须求最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码突显了 SimpleClass 包括有壹对两样尺寸的实例变量。

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 显示了在 Visual Studio 调节和测试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
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口体现对象实例。前 四 个字节是 syncblk
编号。因为大家从未用别的共同代码应用此实例(也从没访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的目的实例,指向开头地方的 6个字节的偏移处。字节变量 b1,b二,b三 和 b四 被三个接一个的排列在一齐。两个short 类型变量 s一 和 s贰 也被排列在一同。字符串变量 str 是三个 四 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的骨子里的字符串实例。字符串是1个特地的品类,因为兼具包罗同样文字标识的字符串,会在程序集加载到进度时指向三个大局字符串表的同样实例。那个进度称为字符串驻留(
string interning ),设计目标是优化内部存款和储蓄器的接纳。咱们前边已经提过,在 NET
Framework 一.1 中,程序集不可能选拔是或不是利用这几个历程,即使现在版本的 CLPRADO只怕会提供那样的技艺。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

之所以暗中认可景况下,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。在相互操作的情形下,词典顺序必须被封存到内部存款和储蓄器中,那时可以选用StructLayoutAttribute 性情,它有一个 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,固然在 .NET Framework 1.第11中学,它从未影响托管的布局(不过 .NET Framework 贰.0
恐怕会如此做)。在互相操作的情景下,借令你确实供给相当的填充字节和体现的调整域的顺序,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 FieldOffset 天性一齐使用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家选择 SOS 看看对象实例。一个实惠的授命是
DumpHeap
,它能够列出全部的堆内容和三个专门类型的具备实例。没有须要依附寄存器,
DumpHeap 能够显得大家成立的并世无两1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

目的的总大小是 3陆 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只包罗五个DWOPRADOD 的对象引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,其余 8个字节包蕴项目句柄( 肆 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地点后,大家能够使用 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

正如从前说过, C# 编写翻译器对于类的私下认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会选拔 LayoutType.Sequential
);因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够利用 ObjSize
来输出包蕴被 str 实例占用的上空,如下所示:

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

设若您从目标图的全局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的分寸( 3六字节),就足以获得 str 的尺寸,即 3陆 字节。让咱们输出 str
实例来声明这一个结果:

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

要是你将字符串实例的大大小小(3陆字节)加上SimpleClass实例的大大小小(3陆字节),就能够获得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留意ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
一.第11中学,CLLAND不明了非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被那么些命令报告。

本着方法表的连串句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创立前,CLTucson查看加载类型,若是未有找到,则举行加载,得到方法表地址,创立对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编写翻译器发生的代码在实行艺术分派时使用项目句柄来恒定方法表。CLHummerH贰在急需史能够透过措施表反向访问加载类型时采取项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器扩充程序用于本文化的展现CL大切诺基数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的1局地,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程在此以前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测试。 增多 SOS.dll
所在的文书夹到PATH意况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装贰个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中推行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的部分命令,关于SOS愈多音讯,参考这里

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。这是在对象的第叁个实例成立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照射到内存的元数据结构(metadata
structures)。方法表包括的消息和外挂的音信方可通过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。对象实例包含的花色句柄指向方法表初叶地方的偏移处,偏移量暗许情状下是1二字节,包括了GC新闻。大家不策动在这里对其进展座谈。

图 9
显示了主意表的拔尖布局。我们会表明项目句柄的片段至关心重视要的域,可是对于截然的列表,请参考此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)初步,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

图片 5

基实例大小

基实例大小是由类加载器总计的靶子的分寸,基于代码中宣称的域。此前已经研究过,当前GC的贯彻需求2个足足1二字节的靶子实例。借使3个类未有定义任何实例域,它至少含有额外的多少个字节。别的的七个字节被对象头(恐怕含有syncblk编号)和类型句柄占用。再说贰次,对象的大大小小会惨遭StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中展现的MyClass(有三个接口)的办法表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
2003内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出举办相比。在图9中,对象大小位于四字节的舞狮处,值为1二(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

形式槽表(Method Slot Table)

在方式表中包罗了一个槽表,指向各类艺术的叙说(MethodDesc),提供了类别的行为技术。方法槽表是依赖方法落成的线性链表,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。

类加载器在脚下类,父类和接口的元数据中遍历,然后创制方法表。在排列进度中,它替换全体的被遮住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。槽复制是须要的,它能够让每一种接口有和好的细微的vtable。但是被复制的槽指向平等的情理达成。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#编写翻译器为保有未有显式定义构造函数的对象自动生成。因为我们定义并开头化了3个静态变量,编写翻译器会生成1个类构造函数。图10突显了MyClass的方法表的布局。布局展现了13个点子,因为Method2槽为接口IVMap实行了复制,上边大家会进展座谈。图11来得了MyClass的章程表的SOS的输出。

图10 MyClass MethodTable Layout
图片 6

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()

任何类型的起来陆个点子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那个是从System.Object承接的虚方法。Method二槽被举行了复制,不过都针对同样的办法描述。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一组。

办法描述(MethodDesc)

艺术描述(MethodDesc)是CLPAJERO知道的格局完成的3个装进。有几体系型的方法描述,除了用于托管达成,分别用于分裂的互动操作落成的调用。在本文中,我们只调查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中生出,初始化为指向IL。每一个方法描述包括2个预编写翻译代理(PreJitStub),担任触发JIT编写翻译。图12来得了3个首屈一指的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实际的格局描述数据结构。对于实际的方法描述,那是-五字节的舞狮,是各样方法的7个叠加字节的一部分。那个字节包括了调用预编写翻译代理程序的一声令下。伍字节的晃动能够从SOS的DumpMT输出从看到,因为方法描述总是方法槽表指向的职责前边的多个字节。在首先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编译完结后,包括调用指令的多少个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x八陆代码的白白跳转指令覆盖。

图 12艺术描述

图片 7

图12的点子表槽指向的代码实行反汇编,显示了对预编写翻译代理的调用。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

当今我们实践此办法,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,唯有伊始四个字节是代码,剩余字节包涵了Method二的办法描述的数据。“!u”命令不亮堂那或多或少,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略四个字节后的具备东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前包罗IL中艺术落成的争辩虚地址(Relative Virtual
Address
,途乐VA)。此域用作标记,表示是否IL。在按需要编译后,CL瑞虎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甄选3个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的措施描述的始末:

!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

艺术的那么些标识域的编码包蕴了主意的项目,譬喻静态,实例,接口方法恐怕COM完毕。让咱们看方法表其它3个纵横交错的地点:接口落成。它包裹了布局进程具备的错综相连,让托管境遇认为那或多或少看起来轻易。然后,大家将评释接口如何开始展览布局和基于接口的方法分派的适度专门的学业格局。

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

在点子表的第一2字节偏移处是3个第三的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个采纳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在接口类型第三次加载时成立。各类接口的兑现都在接口虚表中有八个笔录。要是MyInterface一被多个类完成,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发端地方,如图9所示。那是接口方法分派产生时采取的引用。接口虚表是依据方法表内含的接口图音讯创设,接口图在格局表布局进度中基于类的元数据创立。一旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第三8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。在那种情景下,对MyClass达成的五个接口中的每三个都有两条记下。第三条接口音讯记录的初始四个字节指向MyInterface一的门类句柄(见图9图10)。接着的WO汉兰达D(贰字节)被三个标明占用(0意味从父类派生,壹表示由目前类实现)。在表明后的WOQashqaiD是二个开始槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,开首槽的值为四(从0起首编号),所以槽5和六指向落成;对于MyInterface2,开头槽的值为陆,所以槽柒和8指向落成。类加载器会在急需时复制槽来发出那样的效率:每一种接口有友好的兑现,可是物理映射到同一的法子描述。在MyClass中,MyInterface一.Method二和MyInterface2.Method2会指向同样的得以完结。

依附接口的格局分派通过接口虚表进行,而一直的格局分派通过保留在各样槽的方法描述地址实行。如在此之前提及,.NET框架使用fastcall的调用约定,开端1个参数在大概的时候一般通过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以经过ECX寄存器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到那或多或少:

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

那几个反汇编展现了直接调用MyClass的实例方法未有应用偏移。JIT编写翻译器把措施描述的地方直接写到代码中。基于接口的摊派通过接口虚表产生,和平昔分派相比较要求一些卓殊的命令。八个命令用来得到接口虚表的地方,另3个收获情势槽表中的接口达成的开始槽。而且,把一个目的实例调换为接口只须要拷贝this指针到目标的变量。在图第22中学,语句“mi一=mc”使用三个命令把mc的对象引用拷贝到mi一。

虚分派(Virtual Dispatch)

近年来大家看看虚分派,并且和基于接口的摊派实行比较。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

虚分派总是通过一个稳固的槽编号发生,和情势表指针在一定的类(类型)达成档案的次序毫不相关。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现代替父类的兑现。结果,对父对象的章程调用被分摊到子对象的得以落成。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的出口看到这或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方法表数据结构的第1组成都部队分。作为艺术表的一有个别,它们分配在章程表的槽数组后。全数的原本静态类型是内联的,而对此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。方法表中的目的引用指向应用程序域的句柄表的靶子引用,它引用了堆上创制的靶子实例。一旦创建后,句柄表内的对象引用会使堆上的目的实例保持生存,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在点子表创造前开端生活,它和艺术表组成起来,是项目评释的CLCRUISER版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是叁个数据结构(它们一齐表示三个项目),只但是因为使用频度的例外而被分手。平日选拔的域放在方法表,而不平日采纳的域在EEClass中。那样,供给被JIT编译函数使用的消息(如名字,域和偏移)在EEClass中,但是运转时须求的信息(如虚表槽和GC信息)在方式表中。

对每多个门类会加载3个EEClass到应用程序域中,包罗接口,类,抽象类,数组和布局。每一种EEClass是一个被推行引擎追踪的树的节点。CL昂科拉使用那个互连网在EEClass结构中浏览,其目标包含类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承接档次创设,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的组合。在实行托管代码的进度中,新的EEClass节点被加入,节点的涉及被填补,新的关联被确立。在互联网中,相邻的EEClass还有二个档次的关系。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,请参考图13

图13只展现了和那几个商量有关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,大家从没在图中适量彰显偏移。EEClass有三个直接的对于措施表的引用。EEClass也针对在暗许使用程序域的累累堆分配的章程描述块。在章程表成立时,对进程堆上分配的域描述列表的四个引用提供了域的布局消息。EEClass在利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款和储蓄器分页管理,由此削减了工作集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意义不言自明。我们今日看看使用SOS输出的EEClass的确实的大意内部存款和储蓄器。在mc.Method一代码行设置断点后,运营图叁的顺序。首先利用命令Name二EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name二EE的第一个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。将来大家赢得了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。从相邻链指向名称为Program的EEClass,能够知道图一三展现的是加载Program时的结果。

MyClass有几个虚表槽(可以被虚分派的艺术)。即便Method一和Method二不是虚方法,它们得以在经过接口举行摊派时被感到是虚函数并参加到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会获取总共拾一个艺术。末了列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。其它域不言自明。

结论

我们关于CL昂Cora一些最根本的内在的切磋旅程终于甘休了。明显,还有很多标题亟需涉及,而且亟需在越来越深的档期的顺序上研究,然则大家期望那足以援救您看到东西如何是好事。这里提供的多多的音信或然会在.NET框架和CL科雷傲的新兴版本中退换,可是纵然本文提到的CLKoleos数据结构恐怕变动,概念应该维持不改变。

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