SOS可以驾驭CLLacrosse内部的数据结构

初稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原稿公布日期: 9/19/二〇〇七
原版的书文已经被 Microsoft
删除了,搜罗进度中发觉非常多小说图都不全,那是因为原著的图都不全,所以特搜聚完整全文。

目录

前言

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

因为国有语言运营时(CLCRUISER)将要成为在Windows上开创应用程序的主演级基础架构,
多精晓点关于CLLAND的深度认知会赞助你营造高速的, 工业级健壮的应用程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,考察CLHighlander的内在精神, 蕴涵对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分摊, 和丰富多彩的数码结构.

咱俩会使用由C#写成的极其简单的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援用都以以C#言语为指标的.
研商的有个别数据结议和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改换,
可是大比较多的概念是不会变的. 大家会利用Visual Studio® .NET 二〇〇二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些多少结构.
SOS能够知情CLTiguan内部的数据结构, 能够dump出有用的新闻. 通篇,
大家会研商在Shared Source CLI(SSCLI)中持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 会协助您在寻找一些组织的时候到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

在我们开始前,请小心:本文提供的音信只对在X86平台上运营的.NET Framework
1.1卓有效率(对于Shared Source CLI
1.0也非常多适用,只是在好几交互操作的情景下必须注意例外),对于.NET
Framework
2.0会有变动,所以请不要在营造软件时依赖于那个内部结构的不改变性。

CLQashqai运行程序(Bootstrap)创造的域

在CL本田CR-V实施托管代码的首先行代码前,会创造七个应用程序域。当中多少个对于托管代码乃至CL奥德赛宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只好由CL景逸SUV运营进度创制,而提供CL福睿斯运维进度的是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),都以运用了单件(Singleton)情势。第多少个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是二个AppDomain的实例,也是独一的有命名的域。对于简易的CL传祺宿主程序,举个例子调控台程序,暗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采取AppDomain.CreateDomain方法创设,只怕在非托管的代码中运用ICOLacrosseRuntimeHost接口创设。复杂的宿主程序,举个例子ASP.NETbetvictor1946,,对于特定的网站会依照管用程序的数码创制四个域。

图 2 由CLHighlander运行程序创造的域 ↓

betvictor1946 1

系统域(System Domain)

系统域担负创设和起始化分享域和暗许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,并且爱护进度范围之中选择的含有恐怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的三个优化性格,它的拍卖方法显得略微昏头转向,因为CLSportage未有给程序集机缘选用此性格。就算如此,由于在具有的利用程序域中对贰个特定的号子只保留三个心心相印的字符串,此特性能够节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还承担发生进度范围的接口ID,并用来创设每一种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中保险追踪全部域,并促成加载和卸载应用程序域的职能。

共享域(Shared Domain)

具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。它会被活动加载到分享域中。系统命名空间的核心类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLENVISION运营程序进程中被优先加载到本域中。用户代码也可以被加载到那一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时行使由CL索罗德宿主程序内定的LoaderOptimization性格。调整台程序也足以加载代码到分享域中,方法是选取System.LoaderOptimizationAttribute本性表明Main方法。分享域还处理三个行使基地址作为目录的次第集映射图,此映射图作为管理分享程序集依赖关系的查找表,这一个程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和其它在托管代码中创制的利用程序域。非分享的用户代码被加载到私下认可域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是选用程序域(AppDomain)的多个实例,一般的应用程序代码在个中运转。即便有些应用程序须求在运转时创造额外的应用程序域(比方有个别使用插件,plug-in,架构恐怕实行重大的运作时期码生成职业的应用程序),大多数的应用程序在运维时期只创设二个域。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。要是三个应用程序有两个利用程序域,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信方可选取System.ContextBoundObject派生的门类创立。各个应用程序域有投机的达州描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗许上下文(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,接口虚表处理器和顺序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的机能是加载差别的运行时CL大切诺基部件和优化在域的任何生命期内设有的构件。这一个堆的增进基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆区别于垃圾回收堆(大概对称多管理器上的四个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同有时候保留类型系统。经常访谈的预制构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在频频堆上,而非常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)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序掌握域后,大家盘算看看它们在贰个简练的应用程序的光景文中的物理细节,见
图3。大家在程序运维时停在mc.Method1(),然后采纳SOS调节和测验器扩展命令DumpDomain来输出域的新闻。(请查看
Son of
Strike
打听SOS的加载音讯)。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();
    }
}

我们的调节台程序,Sample1.exe,被加载到多少个名称为”Sample1.exe”的选用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,但是因为它是大旨系统库,所以也在系统域中列出。每种域会分配贰个频仍堆,低频堆和代理堆。系统域和分享域使用同样的类加载器,而默许应用程序使用本身的类加载器。

输出未有显示加载器堆的保存尺寸和已交由尺寸。高频堆的开头化大小是32KB,每回提交4KB。SOS的输出也从不呈现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每种域有三个接口虚表堆(简称为IVMap),由友好的加载器堆在域起先化阶段创立。IVMap保留大小是4KB,伊始时提交4KB。我们将会在承接部分商讨项目布局时商讨IVMap的意思。

图2
展现暗中同意的历程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大指标堆(用于大小相等依然超过8陆仟字节的目的),它申明了那么些堆和加载器堆的语义不相同。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x86指令况兼保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用来托管对象实例化的废料回收堆。

花色原理

类别是.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。大大多体系由程序猿显式创立,不过,在特意的相互操作(interop)境况和长距离对象调用(.NET
Remoting)场所中,.NET
CL福睿斯会隐式的爆发类型,那个发生的花色涵盖COM和运维时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

大家经过一个包罗对象引用的栈初阶研商.NET类型原理(规范地,栈是一个指标实例开始生命期的地点)。
图4中体现的代码包罗二个简约的主次,它有一个调整台的入口点,调用了八个静态方法。Method1创办一个SmallClass的门类实例,该项目涵盖三个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创制对象。就算那是一段无聊的代码,不过足以援助我们实行商讨。

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 展现了停止在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它表明在大概的气象下将函数参数通过贮存器传递,而另外参数依照从右到左的顺序入栈,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。援引类型变量如smallObj以固定大小(4字节DWO奥迪Q5D)保存在栈中,包罗了在一般GC堆中分红的靶子的地方。对于古板C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是目的的引用。不管如何,它涵盖了贰个目的实例的地方,大家将动用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援引指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结谈判堆

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貌似GC堆上的smallObj对象实例富含二个名称为 _largeObj
的字节数组(注意,图中体现的分寸为85016字节,是实际的储备大小)。CL昂科拉对超过或等于8陆仟字节的指标的拍卖和小指标差异。大目的在大指标堆(LOH)上分红,而小目的在相似GC堆上创立,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会回降,而GC堆在GC回收时打开削减。还应该有,LOH只会在完全GC回收时被回收。

smallObj的目的实例包蕴类型句柄(TypeHandle),指向对应档期的顺序的方法表。各样注解的类型有贰个方法表,而同一类型的保有指标实例都对准同一个方法表。它包涵了项目标特色音信(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,指向相应完毕的槽表。

措施表指向一个名称为EEClass的关键数据结构。在章程表创造前,CLXC60类加载器从元数据中成立EEClass。
图4中,SmallClass的艺术表指向它的EEClass。这几个组织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。加载器堆和选择程序域关联,这里提到的数据结构一旦被加载到里头,就直到应用程序域卸载时才会瓦解冰消。并且,私下认可的运用程序域不会被卸载,所以这个代码的生存期是停止CLHighlander关闭截至。

指标实例

正如大家说过的,全体值类型的实例大概隐含在线程栈上,可能隐含在 GC
堆上。全体的援用类型在 GC 堆也许 LOH 上开创。图 6
展现了二个规范的指标布局。二个对象能够通过以下渠道被引述:基于栈的一部分变量,在互动操作依然平台调用情况下的句柄表,存放器(实行方式时的
this 指针和情势参数),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开始地方,而是有贰个 DWO福睿斯D 的偏移量( 4
字节)。此 DWO劲客D 称为对象头,保存一个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1
开端计数的 syncblk
编号。因为通过索引举办连接,所以在急需扩张表的大时辰, CL传祺能够在内部存款和储蓄器中移动那一个表。 SyncTableEntry 维护几个反向的弱援引,以便 CLRAV4能够跟踪 SyncBlock 的全体权。弱援用让 GC
能够在尚未其余强援引存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了三个针对
SyncBlock
的指针,包罗了非常少须求被贰个对象的兼具实例使用的有效性的音信。那些音信包蕴对象锁,哈希编码,任何调换层
(thunking) 数据和行使程序域的目录。对于大多数的靶子实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,况且 syncblk 编号为 0 。那一点在推行线程蒙受如
lock(obj) 大概 obj.GetHashCode 的说话时会发生变化,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
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在以上代码中, smallObj 会利用 0 作为它的苗子的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLGL450 成立一个 syncblk 入口并行使相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩大为 try-finally 语句并利用 Monitor 类,二个看作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创立。堆 GetHashCode
的调用会选用对象的哈希编码扩大 syncblk 。
在 SyncBlock 中有其余的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时使用,但是那和特出的对象用处无关。
花色句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了保持三翻五次性,作者会在注脚实例变量后研讨类型句柄。实例域(
Instance field)的变量列表紧跟在品种句柄后。暗中同意情形下,实例域会以内部存款和储蓄器最平价运用的办法排列,这样只必要最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码呈现了 SimpleClass 包涵有部分不一致尺寸的实例变量。

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 调节和测量试验器的内部存款和储蓄器窗口中的一个 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
贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口显示对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家从不用别的共同代码应用此实例(也不曾访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的指标实例,指向开始地点的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被贰个接三个的排列在共同。三个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在协同。字符串变量 str 是三个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的其实的字符串实例。字符串是多个专门的门类,因为具有包罗同样文字标志的字符串,会在先后集加载到进程时指向一个大局字符串表的一模一样实例。那几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采取。我们前面已经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能够选取是还是不是利用这一个进度,就算未来版本的 CL奥迪Q7恐怕会提供那样的本领。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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从而暗许情况下,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。在相互操作的意况下,词典顺序必须被封存到内部存款和储蓄器中,那时能够行使
StructLayoutAttribute 天性,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,就算在 .NET Framework 1.1中,它并未有影响托管的布局(不过 .NET Framework 2.0
大概会那样做)。在相互操作的意况下,倘诺你真正供给相当的填充字节和出示的调节域的相继,
LayoutKind.Explicit 能够和域档期的顺序的 FieldOffset 性子一同使用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家应用 SOS 看看对象实例。三个得力的授命是
DumpHeap
,它可以列出全数的堆内容和贰个特意类型的装有实例。没有须求依据存放器,
DumpHeap 能够体现大家成立的并世无双一个实例的地方。

!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

指标的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有八个DWOXC90D 的目的援用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,另外 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,大家能够接纳 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

正如此前说过, 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
);因而类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家得以行使 ObjSize
来输出包罗被 str 实例占用的空间,如下所示:

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

如若您从指标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的高低( 36
字节),就能够赢得 str 的大小,即 36 字节。让我们输出 str
实例来验证这几个结果:

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

只要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。

请小心ObjSize不带有syncblk结构占用的内存。并且,在.NET Framework
1.第11中学,CL大切诺基不领悟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;由此它们不会被这几个命令报告。

针对方法表的项目句柄在syncblk编号后分配。在指标实例创制前,CLLacrosse查看加载类型,若无找到,则张开加载,获得方法表地址,创立对象实例,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拓展情势分派时选用项目句柄来定位方法表。CLRubicon在需求史可以通过艺术表反向访问加载类型时利用项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测验器扩大程序用于本文化的展现CLEscort数据结构的源委,它是 .NET
Framework 安装程序的一有的,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程从前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 增多 SOS.dll
所在的文件夹到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 窗口中进行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测验相关的片段下令,关于SOS越来越多新闻,仿效这里

方法表

各种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经过艺术表来表示。那是在对象的第多个实例创制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绚烂到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包涵的新闻和外挂的新闻方可因此System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中能够经过Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包括的类型句柄指向方法表起首地点的舞狮处,偏移量默许意况下是12字节,满含了GC音信。大家不筹算在这里对其进行探讨。

图 9
显示了艺术表的规范布局。我们会注明项目句柄的部分首要的域,不过对于截然的列表,请参照他事他说加以考察此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)伊始,因为它间接关系到运维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计算的对象的大小,基于代码中宣示的域。在此以前曾经研商过,当前GC的落到实处内需一个足足12字节的对象实例。要是三个类没有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。另外的8个字节被对象头(可能含有syncblk编号)和花色句柄占用。再说一遍,对象的高低会面对StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中显得的MyClass(有多个接口)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的输出举办比较。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)

在措施表中涵盖了一个槽表,指向各种艺术的陈说(MethodDesc),提供了品种的行为技巧。方法槽表是依附方法完毕的线性链表,根据如下顺序排列:承继的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在脚下类,父类和接口的元数据中遍历,然后创立方法表。在排列进度中,它替换所有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。槽复制是至关重大的,它能够让各类接口有友好的蝇头的vtable。可是被复制的槽指向平等的情理实现。MyClass满含接口方法,三个类构造函数(.cctor)和指标构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为具备未有显式定义构造函数的对象自动生成。因为大家定义并起首化了贰个静态变量,编写翻译器会变动贰个类构造函数。图10体现了MyClass的点子表的布局。布局呈现了11个点子,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,上面大家会实行研讨。图11来得了MyClass的艺术表的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()

其他项目标启幕4个点子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那几个是从System.Object承袭的虚方法。Method2槽被开始展览了复制,可是都指向同样的主意描述。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。

艺术描述(MethodDesc)

办法描述(MethodDesc)是CL大切诺基知道的法子完结的一个打包。有三种档案的次序的办法描述,除了用于托管完结,分别用于不相同的交互操作达成的调用。在本文中,大家只考查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中发出,开端化为指向IL。每一种方法描述包罗三个预编译代理(PreJitStub),负担触发JIT编写翻译。图12来得了一个第一名的布局,方法表的槽实际上指向代理,并非实际的不二秘技描述数据结构。对于实际的格局描述,那是-5字节的舞狮,是各类方法的8个叠加字节的一部分。那5个字节包罗了调用预编写翻译代理程序的命令。5字节的摇荡能够从SOS的DumpMT输出从看到,因为方法描述总是方法槽表指向的职分后边的5个字节。在首先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完结后,包含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的白白跳转指令覆盖。

图 12艺术描述

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图12的办法表槽指向的代码实行反汇编,展现了对预编译代理的调用。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

今昔大家实行此办法,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,唯有开始5个字节是代码,剩余字节包括了Method2的法子描述的数目。“!u”命令不清楚那点,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略5个字节后的具备东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术实现的周旋虚地址(Relative Virtual
Address
,奇骏VA)。此域用作标记,表示是不是IL。在按需要编写翻译后,CL汉兰达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甄选贰个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编译前后的章程描述的原委:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
IL RVA : 00002068

编译后,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

格局的这一个标志域的编码包涵了艺术的类型,比如静态,实例,接口方法照旧COM达成。让我们看方法表别的一个复杂的地点:接口达成。它包裹了布局进度具有的千头万绪,让托管情况感到这点看起来轻便。然后,大家将表达接口怎样开始展览布局和依据接口的方法分派的适龄工作格局。

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

在章程表的第12字节偏移处是三个重大的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向贰个施用程序域档次的映射表,该表以进度档案的次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第贰次加载时创设。种种接口的贯彻都在接口虚表中有二个笔录。倘若MyInterface1被四个类完毕,在接口虚表表中就有三个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的开端地点,如图9所示。那是接口方法分派爆发时采用的援引。接口虚表是依靠方法表内含的接口图音信创立,接口图在点子表布局进度中基于类的元数据创立。一旦类型加载成功,独有接口虚表用于方法分派。

第28字节地点的接口图会指向内含在措施表中的接口音信记录。在这种情形下,对MyClass落成的几个接口中的每三个都有两条记下。第一条接口新闻记录的发轫4个字节指向MyInterface1的体系句柄(见图9图10)。接着的WO兰德途达D(2字节)被一个表明占用(0意味从父类派生,1意味由近期类达成)。在表明后的WOLANDD是一个起来槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口完结的子表。对于MyInterface2,伊始槽的值为4(从0初始编号),所以槽5和6指向完成;对于MyInterface2,开始槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在须要时复制槽来发出如此的效应:每种接口有投机的完毕,然则物理映射到一样的方法描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的贯彻。

依附接口的艺术分派通过接口虚表进行,而一贯的不二秘诀分派通过保留在依次槽的形式描述地址实行。如在此之前聊到,.NET框架使用fastcall的调用约定,初阶2个参数在大概的时候一般经过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的第一个参数总是this指针,所以经过ECX寄放器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到这点:

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

这一个反汇编显示了直白调用MyClass的实例方法未有运用偏移。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,和一直分派相比较需求一些格外的指令。三个命令用来赢得接口虚表的地址,另二个获得情势槽表中的接口达成的启幕槽。而且,把贰个对象实例调换为接口只供给拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用叁个下令把mc的靶子引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

前段时间大家看看虚分派,并且和基于接口的摊派进行比较。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

虚分派总是通过贰个恒定的槽编号发生,和形式表指针在一定的类(类型)实现等级次序非亲非故。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现替代父类的兑现。结果,对父对象的法门调用被分摊到子对象的落到实处。反汇编展现了分派通过8号槽发生,能够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的出口看到这或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方法表数据结构的首要性组成都部队分。作为艺术表的一有些,它们分配在措施表的槽数组后。全体的固有静态类型是内联的,而对此协会和援引的品类的静态值对象,通在句柄表中开创的对象援引来针对。方法表中的目的援引指向应用程序域的句柄表的靶子援用,它援引了堆上创制的对象实例。一旦创立后,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指向句柄表的指标援引,前者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在章程表创造前初始生活,它和情势表组成起来,是体系评释的CL福特Explorer版本。实际上,EEClass和办法表逻辑上是三个数据结构(它们一齐表示贰个品类),只可是因为使用频度的分歧而被分别。平日采用的域放在方法表,而临时常使用的域在EEClass中。那样,需求被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和摇头)在EEClass中,不过运转时索要的音信(如虚表槽和GC新闻)在方式表中。

对每叁个体系会加载多少个EEClass到使用程序域中,包涵接口,类,抽象类,数组和组织。每一种EEClass是多个被实行引擎追踪的树的节点。CL凯雷德使用这一个互连网在EEClass结构中浏览,其目标包罗类加载,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建,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的结合。在实行托管代码的进度中,新的EEClass节点被投入,节点的关联被填补,新的关系被确立。在互连网中,相邻的EEClass还大概有三个品位的涉嫌。EEClass有三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,请仿效图13

图13只体现了和这一个批评相关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,大家尚无在图中妥帖显示偏移。EEClass有贰个间接的对于措施表的援用。EEClass也本着在暗许使用程序域的频频堆分配的艺术描述块。在艺术表成立时,对经过堆上分配的域描述列表的四个援引提供了域的布局音讯。EEClass在使用程序域的低频堆分配,那样操作系统可以更加好的进展内部存款和储蓄器分页管理,由此裁减了劳作集。

图13 EEClass 布局

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图13中的另外域在MyClass(图3)的上下文的意思无庸赘述。我们前几日看看使用SOS输出的EEClass的真的的情理内存。在mc.Method1代码行设置断点后,运营图3的次第。首先应用命令Name2EE获得MyClass的EEClass的地方。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第多少个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。今后大家得到了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,能够驾驭图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的方法)。就算Method1和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口进行分摊时被以为是虚函数并参与到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会收获总共十三个格局。最后列出的是类的八个静态域。MyClass未有实例域。其余域可想而知。

结论

我们关于CL昂Cora一些最关键的内在的研商旅程终于终止了。明显,还应该有为数相当的多主题素材需求涉及,何况需求在更加深的层系上议论,可是大家盼望那足以协助你看来事物怎么着行事。这里提供的洋洋的新闻也许会在.NET框架和CLEnclave的新生版本中更改,但是即便本文提到的CLPRADO数据结构恐怕变动,概念应该保持不变。

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