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NET框架之中通晓CL凯雷德如何创设运营时对象

文章作者:瘦身减肥 上传时间:2019-12-02

对象实例

正如笔者辈说过的,全数值类型的实例或然隐含在线程栈上,大概隐含在 GC 堆上。全体的援用类型在 GC 堆恐怕 LOH 上创立。图 6 呈现了三个独占鳌头的靶子构造。一个目的足以通过以下渠道被援引:基于栈的某些变量,在相互操作如故平台调用情况下的句柄表,贮存器(施行形式时的 this 指针和措施参数),具有终结器( finalizer )方法的指标的终结器队列。 OBJECTREF 不是指向目的实例的伊始地点,而是有四个 DWOLANDD 的偏移量( 4 字节)。此 DWO昂CoraD 称为对象头,保存一个照准 SyncTableEntry 表的目录(从 1 从前计数的 syncblk 编号。因为通过索引进行连接,所以在急需增添表的尺寸时, CL奥迪Q5能够在内部存款和储蓄器中移动这些表。 SyncTableEntry 维护二个反向的弱援用,以便 CLTucson能够追踪 SyncBlock 的所有权。弱引用让 GC 能够在并未有别的强引用存在时回笼对象。 SyncTableEntry 还保留了一个针对性SyncBlock 的指针,富含了比相当少需求被三个指标的具备实例使用的实用的音讯。这几个新闻包含对象锁,哈希编码,任何转变层 (thunking卡塔尔(英语:State of Qatar) 数据和利用程序域的目录。对于大超级多的对象实例,不会为实际的 SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,何况 syncblk 编号为 0 。那一点在执行线程遇到如 lock(obj卡塔尔 大概 obj.GetHashCode 的言语时会产生变化,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
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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奥迪Q5 创造叁个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C# 的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并利用 Monitor 类,叁个充当同步的 Monitor 对象在 syncblk 上开创。堆 GetHashCode 的调用会接收对象的哈希编码扩展 syncblk 。
在 SyncBlock 中有别的的域,它们在 COM 人机联作操作和封送委托( marshaling delegates )到非托管代码时利用,然而那和杰出的靶子用场无关。
类型句柄紧跟在目的实例中的 syncblk 编号后。为了维持延续性,我会在表明实例变量后研讨类型句柄。实例域( Instance 田野同志)的变量列表紧跟在等级次序句柄后。私下认可意况下,实例域会以内部存款和储蓄器最管用应用的艺术排列,那样只要求至少的当作对齐的填充字节。图 7 的代码呈现了 SimpleClass 包括有黄金年代部分不如尺寸的实例变量。

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 呈现了在 Visual Studio 调节和测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 寄放器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口呈现对象实例。前 4 个字节是 syncblk 编号。因为大家从没用任何合作代码应用此实例(也并没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,指向起首地方的 4 个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被两个接一个的排列在一起。三个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一块儿。字符串变量 str 是多个 4 字节的 OBJECTREF ,指向 GC 堆中分红的实在的字符串实例。字符串是三个特别的档案的次序,因为具备满含相符文字标识的字符串,会在先后集加载到进程时指向二个大局字符串表的如出风流罗曼蒂克辙实例。那几个进度称为字符串驻留( string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的使用。咱们事情发生前已经提过,在 NET Framework 1.1 中,程序集不能够选取是或不是采取那几个历程,即便今后版本的 CLLacrosse只怕会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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故此暗许意况下,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。在竞相操作的情况下,词典顺序必得被保存到内部存款和储蓄器中,这个时候还不错StructLayoutAttribute 脾气,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,它从未影响托管的结构(不过 .NET Framework 2.0 恐怕会如此做)。在竞相操作的情景下,假诺你实在须要相当的填充字节和体现的调节域的次第, LayoutKind.Explicit 能够和域等级次序的 菲尔德Offset 天性一同行使。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家接受 SOS 看看对象实例。二个得力的一声令下是 DumpHeap ,它能够列出全部的堆内容和贰个专程类型的保有实例。无需依赖寄存器, DumpHeap 可以来得大家创制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

目的的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有三个DWO普拉多D 的靶子援用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,其余 8 个字节满含项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj 实例之处后,大家得以选用 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

正如在此以前说过, C# 编写翻译器对于类的暗许结构使用 LayoutType.Auto (对于协会接收 LayoutType.Sequential );由此类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家可以动用 ObjSize 来输出包蕴被 str 实例占用的空中,如下所示:

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

假如你从指标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的轻重缓急( 36 字节),就能够拿走 str 的大大小小,即 36 字节。让大家输出 str 实例来注脚那一个结果:

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

只要您将字符串实例的大小(36字节)加上SimpleClass实例的朗朗上口(36字节),就可以收获ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留意ObjSize不包括syncblk布局占用的内部存款和储蓄器。况且,在.NET Framework 1.1中,CLOdyssey不明白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;因而它们不会被这些命令报告。

针对方法表的花色句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创建前,CLTiggo查看加载类型,若无找到,则开展加载,得到方法表地址,创设对象实例,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进展情势分派时利用处目句柄来稳固方法表。CLENCORE在供给史能够经过艺术表反向访谈加载类型时选择项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩张程序用于本文化的显示CL纳瓦拉数据构造的原委,它是 .NET Framework 安装程序的风流洒脱部分,位于 %windir%Microsoft.NETFrameworkv1.1.4322。SOS加载到进度在此以前,在 Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 添加 SOS.dll 所在的文本夹到PATH情状变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置一个断点, 展开 Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实行 .load sos.dll。使用 !help 获取调节和测量检验相关的有的限令,关于SOS越来越多消息,参照他事他说加以考察这里。

默认域(Default Domain)

暗许域是采取程序域(AppDomain)的叁个实例,通常的应用程序代码在里面运转。纵然有个别应用程序需求在运作时成立额外的行使程序域(比方有个别使用插件,plug-in,结构大概拓展器重的运维时期码生成职业的应用程序),超过四分之二的应用程序在运作时期只创制叁个域。全部在这里域运营的代码都以在域档期的顺序上有上下文节制。借使三个应用程序有四个应用程序域,任何的域间访谈会通过.NET Remoting代理。额外的域内上下文约束音信方可行使System.ContextBoundObject派生的连串创立。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),还应该有团结的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表微电脑和程序集缓存。

CL智跑运行程序(Bootstrap)成立的域

在CL昂Cora推行托管代码的第风度翩翩行代码前,会创设五个使用程序域。个中四个对于托管代码以致CL大切诺基宿主程序(CLR hosts)都以不可以见到的。它们只好由CLLacrosse运维进度创制,而提供CLTiguan运转进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll (在多微电脑系统下是mscorsvr.dll卡塔尔(英语:State of Qatar)。正如 图2 所示,这几个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared Domain),都是选取了单件(Singleton)情势。第三个域是缺省应用程序域(Default AppDomain),它是二个AppDomain的实例,也是独步天下的有命名的域。对于简易的CLPAJERO宿主程序,比如调节台程序,暗许的域名由可执行映象文件的名字组成。其余的域能够在托管代码中利用AppDomain.CreateDomain方法创造,恐怕在非托管的代码中选取ICOTiguanRuntimeHost接口成立。复杂的宿主程序,举例ASP.NET,对于特定的网址会基于应用程序的数目创制八个域。

图 2 由CLEnclave运转程序创造的域 ↓

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EEClass

EEClass在章程表创造前起先生活,它和措施表组成起来,是种类表明的CL奥迪Q5版本。实际上,EEClass和情势表逻辑上是二个数据构造(它们一齐表示三个品种),只然而因为运用频度的两样而被分开。日常使用的域放在方法表,而不平时使用的域在EEClass中。那样,供给被JIT编写翻译函数使用的音讯(如名字,域和摇头)在EEClass中,不过运转时索要的音讯(如虚表槽和GC新闻)在章程表中。

对每三个档案的次序会加载叁个EEClass到利用程序域中,满含接口,类,抽象类,数组和结构。各样EEClass是三个被施行引擎追踪的树的节点。CLQashqai使用这么些网络在EEClass布局中浏览,其指标包含类加载,方法表构造,类型验证和类型转换。EEClass的子-父关系基于继承档期的顺序创设,而父-子关系基于接口档期的顺序和类加载顺序的结合。在实行托管代码的长河中,新的EEClass节点被投入,节点的涉嫌被补充,新的涉及被确立。在互联网中,相邻的EEClass还应该有两个程度的关联。EEClass有多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健身减肥,中的MyClass上下文中的EEClass的语义,请参照他事他说加以考查图13

图13只展现了和这些商酌相关的一些域。因为大家忽视了构造中的一些域,大家从未在图中非常显示偏移。EEClass有三个直接的对于艺术表的援用。EEClass也针对在暗中认可使用程序域的累累堆分配的办法描述块。在措施表创造时,对进程堆上分配的域描述列表的一个引用提供了域的构造音信。EEClass在使用程序域的低频堆分配,这样操作系统能够越来越好的进展内部存储器分页管理,因而裁减了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的意义不言自明。大家现在拜望使用SOS输出的EEClass的着实的物理内部存储器。在mc.Method1代码行设置断点后,运营图3的程序。首先应用命令Name2EE拿到MyClass的EEClass的地点。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的率先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令得到。未来我们赢得了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的输出看起来完全相像。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。从相邻链指向名叫Program的EEClass,能够领悟图13浮现的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的措施)。尽管Method1和Method2不是虚方法,它们能够在经过接口实行摊派时被以为是虚函数并步入到列表中。把.cctor和.ctor加入到列表中,你会拿走总共12个办法。最终列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。其余域不在话下。

静态变量(Static Variables)

静态变量是办法表数据构造的要紧组成都部队分。作为艺术表的豆蔻梢头有的,它们分配在措施表的槽数组后。全部的原始静态类型是内联的,而对于组织和援引的档次的静态值对象,通在句柄表中创立的对象援引来针对。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,它援用了堆上创设的对象实例。大器晚成旦创制后,句柄表内的指标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指向句柄表的靶子援引,后面一个指向GC堆上的MyString。

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

在措施表的第12字节偏移处是二个最首要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个行使程序域等级次序的映射表,该表以进度等级次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第三次加载时创建。每种接口的兑现都在接口虚表中有八个记录。假使MyInterface1被四个类达成,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端地方,如图9所示。那是接口方法分派产生时利用的援用。接口虚表是借助方法表内含的接口图音信创造,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据创建。意气风发旦类型加载成功,唯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讯记录。在这里种气象下,对MyClass达成的八个接口中的每三个都有两条记下。第一条接口音信记录的起来4个字节指向MyInterface1的项目句柄(见图9图10)。接着的WO奥迪Q5D(2字节)被四个评释占用(0意味着从父类派生,1意味由近期类达成)。在申明后的WOTiguanD是二个开头槽(Start Slot),被类加载器用来构造接口完成的子表。对于MyInterface2,早先槽的值为4(从0早先编号),所以槽5和6指向完毕;对于MyInterface2,早先槽的值为6,所以槽7和8指向实现。类加载器会在急需时复制槽来产生这么的功效:每一种接口有温馨的贯彻,不过物理映射到均等的艺术描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向相近的兑现。

依据接口的章程分派通过接口虚表实行,而一向的措施分派通过保留在逐生机勃勃槽的艺术描述地址进行。如早前聊起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最初2个参数在只怕的时候日常经过ECX和EDX存放器传递。实例方法的第三个参数总是this指针,所以经过ECX贮存器传送,可以在“mov ecx,esi”语句见到那一点:

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接调用MyClass的实例方法未有行使偏移。JIT编写翻译器把艺术描述的地点直接写到代码中。基于接口的分摊通过接口虚表发生,和直接分派相比较必要部分额外的下令。一个发令用来获得接口虚表之处,另七个获得方式槽表中的接口完成的早先槽。而且,把一个目的实例转变为接口只须求拷贝this指针到对象的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用叁个指令把mc的指标援引拷贝到mi1。

类型原理

品种是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够利用class,struct和interface关键字展开宣示。大多数类型由程序猿显式创设,不过,在特意的竞相操作(interop卡塔尔情状和长途对象调用(.NET Remoting)场馆中,.NET CL宝马X5会隐式的发出类型,那个产生的类型饱含COM和周转时可调用封装及传输代理(Runtime Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

大家经过一个包涵对象援用的栈开首商量.NET类型原理(规范地,栈是多少个指标实例带头生命期之处)。 图4中显得的代码包涵叁个轻松易行的主次,它有二个调整台的入口点,调用了多个静态方法。Method1成立三个SmallClass的种类实例,该项目蕴含多个字节数组,用于演示怎么着在大目的堆创设对象。即使这是蓬蓬勃勃段无聊的代码,然则足以支持大家进行探讨。

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 展现了甘休在Create方法"return smallObj;" 代码行断点时的fastcall栈布局(fastcall时.NET的调用规范,它注解在或然的事态下将函数参数通过寄放器传递,而任何参数依据从右到左的逐个入栈,然后由被调用函数实现出栈操作)。当地值类型变量objSize内含在栈构造中。援引类型变量如smallObj以一定大小(4字节DWO讴歌RDXD)保存在栈中,包涵了在相同GC堆中分配的对象之处。对于金钱观C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是指标的援引。不管怎么着,它包涵了二个对象实例的地方,大家将接收术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地点的数据构造。

图5 SimpleProgram的栈结商谈堆

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雷同GC堆上的smallObj对象实例包涵一个名称叫 _largeObj 的字节数组(注意,图中展现的大大小小为85016字节,是实在的储备大小)。CL昂科威对超越或等于85000字节的指标的管理和小目的差别。大目的在大指标堆(LOH)上抽成,而小指标在相符GC堆上创造,那样能够优化对象的抽成和回笼。LOH不会收缩,而GC堆在GC回笼时举办压缩。还应该有,LOH只会在一起GC回笼时被回笼。

smallObj的对象实例包括类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。每个证明的项目有二个方法表,而平等类型的具备指标实例都针对同三个方法表。它含有了类其余特征音信(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),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,指向相应完结的槽表。

主意表指向三个名称叫EEClass的第黄金时代数据布局。在格局表成立前,CLQX56类加载器从元数据中开创EEClass。 图4中,SmallClass的措施表指向它的EEClass。那一个组织指向它们的模块和次序集。方法表和EEClass日常分配在分享域的加载器堆。加载器堆和行使程序域关联,这里提到的数据布局后生可畏旦被加载到里头,就直到应用程序域卸载时才会未有。并且,暗许的选用程序域不会被卸载,所以这几个代码的生存期是截止CL大切诺基关闭停止。

结论

我们关于CL中华V一些最重要的内在的探究旅程终于终止了。鲜明,还也许有众多难点亟待涉及,而且亟需在更加深的层系上议论,不过大家愿意那能够扶植你看见东西怎样行事。这里提供的洋洋的音信可能会在.NET框架和CLWrangler的新生版本中改换,可是固然本文提到的CLPAJERO数据构造恐怕改换,概念应该保证不改变。

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 目的布局和内部存储器细节。
  • 措施表布局。
  • 方式分派(Method dispatching)。

因为国有语言运转时(CL奥德赛卡塔尔国将要成为在Windows上创制应用程序的主演级根基构造, 多精通点关于CL奥迪Q5的深度认知会支持您创设便捷的, 工业级强壮的利用程序. 在此篇随笔中, 大家会浏览,考察CL奥迪Q3的内在精气神, 富含对象实例布局, 方法表的布局, 方法分派, 基于接口的摊派, 和五颜六色标数码构造.

大家会动用由C#写成的非常轻易的代码示例, 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. 商讨的局部数据结交涉算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中退换, 不过许多的定义是不会变的. 大家会使用Visual Studio® .NET 二〇〇二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS卡塔尔(قطر‎来线人一些多少构造. SOS能够精通CL摩根Plus 8内部的数据布局, 能够dump出有用的音信. 通篇, 我们会研讨在Shared Source CLI(SSCLI卡塔尔(قطر‎中保有相关贯彻的类, 你能够从 下载到它们.

图表1 会扶助你在物色一些布局的时候到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

在我们初始前,请留心:本文提供的消息只对在X86平台上运转的.NET Framework 1.1一蹴而就(对于Shared Source CLI 1.0也相当多适用,只是在一些人机联作操作的情事下必需注意例外),对于.NET Framework 2.0会有改换,所以请不要在构建软件时信任于这个内部布局的不改变性。

系统域(System Domain)

系统域负勒令立和初阶化分享域和私下认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,並且尊崇进程范围之中接纳的饱含只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework 1.1中的多少个优化性情,它的拍卖措施显得有一点昏头晕脑,因为CLPRADO未有给程序集机遇选取此特性。尽管如此,由于在享有的施用程序域中对三个特定的暗记只保留贰个应和的字符串,此天性能够省去内部存款和储蓄器空间。

系统域还担任发生进度范围的接口ID,并用来成立各种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中维系跟踪全体域,并贯彻加载和卸载应用程序域的机能。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的效果是加载不一致的运维时CL中华V构件和优化在域的成套生命期内存在的构件。这个堆的增高基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆不一样于垃圾回收堆(只怕对称多微型机上的多少个堆),垃圾回笼堆保存对象实例,而加载器堆同不平时候保留类型系统。常常访谈的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在频繁堆上,而非常少访谈的数据布局如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)的代理零器件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高等级次序理解域后,大家盘算看看它们在贰个简短的应用程序的光景文中的情理细节,见 图3。大家在程序运营时停在mc.Method1(卡塔尔国,然后利用SOS调节和测量试验器增添命令DumpDomain来输出域的新闻。(请查看 Son of Strike叩问SOS的加载消息)。这里是编辑后的输出:

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();
    }
}

大家的调控台程序,Sample1.exe,被加载到贰个名称叫"Sample1.exe"的利用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,不过因为它是核心系统库,所以也在系统域中列出。种种域会分配叁个频仍堆,低频堆和代理堆。系统域和分享域使用相像的类加载器,而暗中认可应用程序使用本人的类加载器。

输出未有彰显加载器堆的保留尺寸和已交由尺寸。高频堆的早先化大小是32KB,每回提交4KB。SOS的出口也绝非显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。各种域有三个接口虚表堆(简单的称呼为IVMap),由自个儿的加载器堆在域初阶化阶段创造。IVMap保留大小是4KB,早先时提交4KB。大家将会在这里起彼伏部分切磋项目构造时斟酌IVMap的含义。

图2 呈现私下认可的进程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大指标堆(用于大小相当于依然超越85000字节的靶子),它评释了那一个堆和加载器堆的语义差距。即时(just-in-time, JIT)编写翻译器产生x86指令並且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目标堆是用以托管对象实例化的排放物回笼堆。

办法槽表(Method Slot Table)

在艺术表中包罗了叁个槽表,指向种种艺术的汇报(MethodDesc),提供了项指标行为技艺。方法槽表是依照方法完毕的线性链表,遵照如下顺序排列:世袭的虚方法,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埋伏的父类方法,创设新的槽,在急需时复制槽。槽复制是尤为重要的,它可以让各类接口有和谐的细微的vtable。不过被复制的槽指向平等的轮廓实现。MyClass包蕴接口方法,二个类布局函数(.cctor)和目标构造函数(.ctor)。对象布局函数由C#编写翻译器为全体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叁个静态变量,编写翻译器会变卦贰个类结构函数。图10显示了MyClass的章程表的构造。结构彰显了十个法子,因为Method2槽为接口IVMap举办了复制,下边大家会开展研讨。图11浮现了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()

别的类型的上马4个法子总是ToString, Equals, GetHashCode, and Finalize。这个是从System.Object世襲的虚方法。Method2槽被进行了复制,可是都针对相似的艺术描述。代码彰显定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在黄金年代组。

共享域(Shared Domain)

持有不归属其余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是少不了的。它会被机关加载到分享域中。系统命名空间的核心项目,如Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等等,在CL大切诺基运营程序进度中被优先加载到本域中。客商代码也能够被加载到这几个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时选拔由CLRAV4宿主程序钦点的LoaderOptimization脾性。调控台程序也足以加载代码到分享域中,方法是行使System.LoaderOptimizationAttribute天性注明Main方法。分享域还管理叁个选择集散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注重关系的查找表,那一个程序集被加载到默许域(DefaultDomain)和其他在托管代码中创制的运用程序域。非分享的客户代码被加载到暗许域。

主意描述(MethodDesc)

情势描述(MethodDesc)是CLLAND知道的形式完结的叁个包装。有二种等级次序的方法描述,除了用于托管完毕,分别用于不一致的交互作用操作实现的调用。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,先导化为指向IL。每种方法描述包涵一个预编写翻译代理(PreJitStub),负担触发JIT编译。图12展现了多个特出的构造,方法表的槽实际上指向代理,而不是实在的艺术描述数据布局。对于实际的艺术描述,那是-5字节的摇曳,是各个方法的8个附加字节的大器晚成有个别。这5个字节包罗了调用预编写翻译代理程序的指令。5字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前边的5个字节。在第一次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编译完结后,包罗调用指令的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实行反汇编,显示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

今昔我们举行此办法,然后反汇编雷同的地点:

!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

在那地方,唯有起头5个字节是代码,剩余字节富含了Method2的法子描述的数额。“!u”命令不知道那点,所以生成的是无规律的代码,你能够忽视5个字节后的享有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中方法完结的绝对虚地址(Relative Virtual Address ,PAJEROVA)。此域用作标记,表示是还是不是IL。在按需要编写翻译后,CLRubicon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一个,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,方法描述的原委如下:

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

办法的那么些标记域的编码饱含了主意的项目,比方静态,实例,接口方法依然COM达成。让大家看方法表其余贰个复杂的上边:接口达成。它包裹了布局进度具备的复杂性,让托管意况感到那一点看起来轻巧。然后,大家将表明接口怎么样进展结商谈基于接口的办法分派的非常专业方法。

方法表

种种类和实例在加载到使用程序域时,会在内部存储器中经过艺术表来表示。那是在对象的第叁个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是场合,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部存款和储蓄器的元数据构造(metadata structures)。方法表包蕴的音信和外挂的音信方可透过System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中得以因而Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例满含的门类句柄指向方法表开第壹地方的摇动处,偏移量暗许境况下是12字节,包罗了GC音信。大家不筹划在这里边对其开展座谈。

图 9 展现了章程表的优质构造。我们会注解项目句柄的一些重大的域,不过对于截然的列表,请参见此图。让大家从基实例大小(Base Instance Size)伊始,因为它直接关系到运行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靶子的大小,基于代码中声称的域。此前已经斟酌过,当前GC的贯彻内需一个足足12字节的靶子实例。假设叁个类未有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。别的的8个字节被对象头(或许含有syncblk编号)和品种句柄占用。再说三遍,对象的高低会境遇StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中展现的MyClass(有三个接口)的秘技表的内部存款和储蓄器快照(Visual Studio .NET 二〇〇二内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出进行比较。在图9中,对象大小坐落于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

目录

  • 前言
  • CL奥迪Q7运营程序(Bootstrap)成立的域
  • 系统域(System Domain)
  • 共享域(Shared Domain)
  • 默认域(Default Domain)
  • 加载器堆(Loader Heaps)
  • 类型原理
  • 对象实例
  • 方法表
  • 基实例大小
  • 办法槽表(Method Slot Table)
  • 措施描述(MethodDesc)
  • 接口虚表图和接口图(Interface Vtable Map and Interface Map)
  • 虚分派(Virtual Dispatch)
  • 静态变量(Static Variables)
  • EEClass
  • 结论

原稿地址:
初藳公布日期: 9/19/二〇〇五
初藳已经被 Microsoft 删除了,搜集进度中开掘多数稿子图都不全,那是因为原来的书文的图都不全,所以特搜罗完整全文。

虚分派(Virtual Dispatch)

未来大家看看虚分派,而且和依靠接口的摊派举行相比较。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

虚分派总是通过多少个恒久的槽编号发生,和章程表指针在特定的类(类型)落成档案的次序无关。在艺术表构造时,类加载器用覆盖的子类的落到实处替代父类的贯彻。结果,对父对象的点子调用被分摊到子对象的实现。反汇编显示了分派通过8号槽爆发,能够在调节和测验器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看见那或多或少。

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