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原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿宣布日期: 9/19/2006
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜聚进程中开采众多稿子图都不全,那是因为原著的图都不全,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。
  • 方法表布局。
  • 主意分派(Method dispatching)。

因为国有语言运行时(CL中华V)将在成为在Windows上创建应用程序的主演级基础架构,
多驾驭点关于CLCR-V的吃水认识会支援你创设高效的, 工业级健壮的采取程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,考察CL奥迪Q5的内在精神, 饱含对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的摊派, 和美妙绝伦的数码结构.

小编们会动用由C#写成的特别轻巧的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都以以C#言语为对象的.
研商的片段数据结商谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中退换,
可是大多数的概念是不会变的. 大家会使用Visual Studio® .NET 二零零二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数目结构.
SOS能够明白CL卡宴内部的数据结构, 能够dump出有用的消息. 通篇,
大家会研商在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 会支持您在搜索一些构造的时候到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

在大家初阶前,请留意:本文提供的新闻只对在X86平台上运营的.NET Framework
1.1卓有作用(对于Shared Source CLI
1.0或许多适用,只是在好几交互操作的动静下必需小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有变动,所以请不要在构建软件时正视于那几个内部结构的不改变性。

CLEscort运转程序(Bootstrap)创设的域

在CLENVISION实践托管代码的第一行代码前,会成立八个使用程序域。个中八个对于托管代码乃至CL福睿斯宿主程序(CLR
hosts)都是不可知的。它们只可以由CLCR-V运营进度创建,而提供CL奥迪Q5运维进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多处理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这几个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都是使用了单件(Singleton)形式。第八个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是一个AppDomain的实例,也是天下无双的有命名的域。对于简易的CL冠道宿主程序,举个例子调节台程序,暗中同意的域名由可实行映象文件的名字组成。另外的域能够在托管代码中应用AppDomain.CreateDomain方法创造,也许在非托管的代码中利用ICO冠道RuntimeHost接口创造。复杂的宿主程序,比方ASP.NET,对于特定的网址会依据顾用程序的数据创设多少个域。

图 2 由CLHighlander运行程序创设的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域肩负成立和开首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,并且保养进度范围之中采取的包罗可能显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的三个优化性情,它的拍卖措施显得有一点点昏头转向,因为CLR未有给程序集机缘选用此性格。即使如此,由于在具备的应用程序域中对三个一定的暗号只保留三个对应的字符串,此性情能够省去内部存储器空间。

系统域还担任爆发进度范围的接口ID,并用来创制各种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中维系追踪全数域,并促成加载和卸载应用程序域的效果与利益。

共享域(Shared Domain)

不无不属于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于具备应用程序域的顾客代码都以必得的。它会被自动加载到分享域中。系统命名空间的宗旨项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLSportage运行程序进度中被优先加载到本域中。客户代码也足以被加载到这几个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时选择由CLENCORE宿主程序内定的LoaderOptimization本性。调整台程序也得以加载代码到分享域中,方法是选拔System.LoaderOptimizationAttribute本性申明Main方法。分享域还管理一个行使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依赖关系的查找表,这么些程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和别的在托管代码中开创的接纳程序域。非分享的客户代码被加载到私下认可域。

默认域(Default Domain)

暗中同意域是使用程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在中间运营。纵然有些应用程序须求在运转时成立额外的采取程序域(举例有个别使用插件,plug-in,架构大概举行主要的运维时期码生成工作的应用程序),超过一半的应用程序在运维期间只开创五个域。全数在此域运维的代码都以在域档次上有上下文限制。借使三个应用程序有三个应用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制消息方可利用System.ContextBoundObject派生的品种创造。每一个应用程序域有和好的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中认可上下文(DefaultContext),还可能有温馨的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的效果与利益是加载差别的运营时CL凯雷德部件和优化在域的全体生命期内设有的构件。这几个堆的进步基于可预测块,这样能够使碎片最小化。加载器堆区别于垃圾回收堆(可能对称多管理器上的多少个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同期保留类型系统。平日访问的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在频仍堆上,而相当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)。

从高档案的次序驾驭域后,大家筹划看看它们在三个差不离的应用程序的左右文中的情理细节,见
图3。我们在程序运维时停在mc.Method1(),然后利用SOS调节和测量检验器扩展命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
领悟SOS的加载音讯)。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();
    }
}

大家的控制台程序,Sample1.exe,被加载到贰个名叫”Sample1.exe”的运用程序域。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。各样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同样的类加载器,而暗许应用程序使用本身的类加载器。

出口未有呈现加载器堆的保存尺寸和已交给尺寸。高频堆的初叶化大小是32KB,每回提交4KB。SOS的输出也绝非呈现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。各样域有二个接口虚表堆(简称为IVMap),由友好的加载器堆在域初阶化阶段创设。IVMap保留大小是4KB,开头时提交4KB。大家将会在承袭部分钻探项目布局时研商IVMap的含义。

图2
展现默许的进度堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大目的堆(用于大小相等依旧超过85000字节的靶子),它表达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x86指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用以托管对象实例化的废物回收堆。

项目原理

花色是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够应用class,struct和interface关键字打开宣示。大比非常多品类由程序猿显式创设,可是,在特其余交互操作(interop)景况和长距离对象调用(.NET
Remoting)场地中,.NET
CL奥迪Q3会隐式的爆发类型,那个产生的品种包蕴COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩因而三个包蕴对象援用的栈起始探讨.NET类型原理(规范地,栈是四个指标实例初叶生命期的地方)。
图4中显得的代码蕴涵一个粗略的主次,它有贰个调控台的入口点,调用了一个静态方法。Method1创造贰个SmallClass的门类实例,该项目饱含二个字节数组,用于演示怎么着在大目的堆创立对象。尽管那是一段无聊的代码,可是足以援助大家进行探讨。

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 呈现了停止在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它表明在大概的图景下将函数参数通过贮存器传递,而别的参数依照从右到左的一一入栈,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。引用类型变量如smallObj以一定大小(4字节DWOENCORED)保存在栈中,富含了在一般GC堆中分红的靶子的地点。对于守旧C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是目的的援用。不管如何,它满含了三个目标实例的地方,大家将应用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结商谈堆

图片 2

相似GC堆上的smallObj对象实例蕴含三个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中突显的高低为85016字节,是实在的储备大小)。CL奥德赛对超过或等于8伍仟字节的靶子的拍卖和小目的不一致。大指标在大指标堆(LOH)上分红,而小目的在形似GC堆上创制,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会缩减,而GC堆在GC回收时开展压缩。还会有,LOH只会在一同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。每一种注明的项目有叁个方法表,而同一体系的有着指标实例都针对同四个方法表。它富含了花色的特征信息(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,指向相应完成的槽表。

格局表指向一个名称为EEClass的最重要数据结构。在措施表创制前,CL奥迪Q7类加载器从元数据中成立EEClass。
图4中,SmallClass的办法表指向它的EEClass。那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。加载器堆和采纳程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到其中,就直到应用程序域卸载时才会磨灭。何况,暗许的利用程序域不会被卸载,所以这几个代码的生存期是停止CL奥迪Q7关闭截止。

目标实例

正如大家说过的,全数值类型的实例或许隐含在线程栈上,也许隐含在 GC
堆上。全数的援引类型在 GC 堆只怕 LOH 上成立。图 6
展现了二个一级的靶子布局。多个对象能够透过以下渠道被引述:基于栈的局地变量,在互相操作照旧平台调用情状下的句柄表,寄放器(施行办法时的
this 指针和措施参数),具备终结器( finalizer )方法的目的的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的开首地方,而是有二个 DWOQX56D 的偏移量( 4
字节)。此 DWO中华VD 称为对象头,保存二个对准 SyncTableEntry 表的目录(从 1
初步计数的 syncblk
编号。因为通过索引举行连接,所以在急需扩充表的轻重时, CLCR-V能够在内部存款和储蓄器中移动那个表。 SyncTableEntry 维护二个反向的弱援用,以便 CLRAV4能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱引用让 GC
能够在未有其余强援用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了贰个对准
SyncBlock
的指针,包罗了非常少必要被一个指标的有着实例使用的可行的音信。那么些音讯包含对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和选用程序域的目录。对于比非常多的对象实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,而且 syncblk 编号为 0 。这点在施行线程境遇如
lock(obj) 或然 obj.GetHashCode 的言辞时会发生变化,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 会使用 0 作为它的苗子的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLENVISION 创造二个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩展为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,二个看成同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创制。堆 GetHashCode
的调用会采用对象的哈希编码扩大 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时使用,可是那和卓绝的靶子用处无关。
花色句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保持接二连三性,作者会在证实实例变量后切磋类型句柄。实例域(
Instance 田野)的变量列表紧跟在品种句柄后。暗许情形下,实例域会以内部存储器最平价运用的方法排列,那样只须要最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码突显了 SimpleClass 包罗有局地不第一次全国代表大会小的实例变量。

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 彰显了在 Visual Studio 调节和测量检验器的内部存款和储蓄器窗口中的二个 SimpleClass
对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后选取 ECX
存放器保存的 simpleObj 地址在内存窗口显示对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家尚无用别样共同代码应用此实例(也并未访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向最早地方的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被贰个接一个的排列在一道。七个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一齐。字符串变量 str 是一个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的实际的字符串实例。字符串是一个特意的类型,因为有着蕴含一样文字标识的字符串,会在前后相继集加载到进程时指向一个大局字符串表的均等实例。那么些进度称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存储器的运用。大家事先早就提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能选取是或不是选取那几个进度,就算以往版本的 CLWrangler也许会提供那样的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

进而私下认可情形下,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。在竞相操作的景色下,词典顺序必需被保存到内存中,这时能够采用StructLayoutAttribute 特性,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,就算在 .NET Framework 1.第11中学,它从未影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0
恐怕会如此做)。在相互操作的事态下,借令你实在须要分外的填充字节和体现的调整域的各种,
LayoutKind.Explicit 能够和域档期的顺序的 菲尔德Offset 本性一起行使。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家运用 SOS 看看对象实例。一个使得的命令是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和一个专程类型的保有实例。没有需求依赖寄放器,
DumpHeap 能够显得大家成立的独一三个实例的地点。

!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

指标的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只包括多个DWO卡宴D 的目的引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,其余 8
个字节包罗项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,我们能够动用 DumpObj 命令输出它的源委,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

正如在此之前说过, C# 编写翻译器对于类的暗中认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织接纳 LayoutType.Sequential
);因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家得以应用 ObjSize
来输出包罗被 str 实例占用的空中,如下所示:

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

倘令你从指标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的分寸( 36
字节),就可以获得 str 的尺寸,即 36 字节。让咱们输出 str
实例来验证那么些结果:

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

即使你将字符串实例的大大小小(36字节)加上SimpleClass实例的分寸(36字节),就能够取得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留神ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。并且,在.NET Framework
1.第11中学,CLTucson不知底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;因此它们不会被那些命令报告。

本着方法表的等级次序句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创设前,CLRubicon查看加载类型,若无找到,则开展加载,获得方法表地址,创制对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编写翻译器发生的代码在扩充艺术分派时使用项目句柄来牢固方法表。CL福特Explorer在急需史能够透过措施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CLR数据结构的原委,它是 .NET
Framework 安装程序的一局地,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进度此前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测验。 增添 SOS.dll
所在的文本夹到PATH蒙受变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置三个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实施 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测量检验相关的有的命令,关于SOS更加的多音信,参照他事他说加以考察这里

方法表

各种类和实例在加载到应用程序域时,会在内部存储器中通过措施表来表示。那是在对象的首先个实例创造前的类加载活动的结果。对象实例表示的是地方,而艺术表表示了表现。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器产生的照射到内部存储器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包括的音信和外挂的音讯能够透过System.Type采访。指向方法表的指针在托管代码中得以由此Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包涵的花色句柄指向方法表初阶地点的摇荡处,偏移量暗中认可情形下是12字节,满含了GC音讯。大家不筹划在此地对其张开座谈。

图 9
显示了法子表的特出布局。我们会注脚项目句柄的一些首要的域,可是对于截然的列表,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)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结的对象的轻重缓急,基于代码中声称的域。从前曾经斟酌过,当前GC的落实要求贰个至少12字节的靶子实例。假如三个类未有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。其余的8个字节被对象头(大概含有syncblk编号)和体系句柄占用。再说三次,对象的高低会遭遇StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中突显的MyClass(有三个接口)的不二秘技表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
2002内存窗口),将它和SOS的输出实行比较。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命令的出口:

!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)

在格局表中包蕴了贰个槽表,指向各种艺术的描述(MethodDesc),提供了档次的行为技能。方法槽表是基于方法实现的线性链表,依照如下顺序排列:承袭的虚方法,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,然后创设方法表。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,成立新的槽,在急需时复制槽。槽复制是须求的,它能够让种种接口有和好的纤维的vtable。可是被复制的槽指向同一的大意达成。MyClass包括接口方法,二个类构造函数(.cctor)和指标构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为具备没有显式定义构造函数的对象自动生成。因为大家定义并开头化了二个静态变量,编写翻译器会转移三个类构造函数。图10呈现了MyClass的不二诀窍表的布局。布局显示了13个方法,因为Method2槽为接口IVMap举办了复制,上面大家会进展座谈。图11突显了MyClass的主意表的SOS的出口。

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()

别的类型的启幕4个法子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这一个是从System.Object承接的虚方法。Method2槽被进行了复制,可是都针对同样的方法描述。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)

格局描述(MethodDesc)是CL奥迪Q7知道的不二等秘书技达成的三个包装。有两种档期的顺序的格局描述,除了用于托管完毕,分别用于分裂的并行操作落成的调用。在本文中,我们只考察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中发生,初步化为指向IL。每一个方法描述包蕴一个预编写翻译代理(PreJitStub),担当触发JIT编写翻译。图12彰显了二个第一名的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是事实上的措施描述数据结构。对于实际的措施描述,那是-5字节的摇摆,是每一个方法的8个附加字节的一部分。那5个字节满含了调用预编译代理程序的吩咐。5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地方前边的5个字节。在第三遍调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译达成后,富含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的职分跳转指令覆盖。

图 12措施描述

图片 7

图12的法子表槽指向的代码进行反汇编,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

今昔我们实践此办法,然后反汇编同样的地点:

!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

在此地方,唯有开头5个字节是代码,剩余字节蕴涵了Method2的方法描述的数量。“!u”命令不知情那点,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略5个字节后的享有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术达成的对峙虚地址(Relative Virtual
Address
,奥迪Q3VA)。此域用作标记,表示是还是不是IL。在按供给编写翻译后,CL宝马X5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选拔二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的诀要描述的内容:

!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

格局的这么些标记域的编码包蕴了措施的门类,譬喻静态,实例,接口方法依然COM实现。让大家看方法表别的二个千头万绪的地方:接口完结。它包裹了布局进度具有的目迷五色,让托管境遇以为那点看起来大致。然后,大家将表达接口如何实行布局和依照接口的方式分派的合适职业章程。

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

在艺术表的第12字节偏移处是四个至关心重视要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个运用程序域档案的次序的映射表,该表以进程档次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第二遍加载时创立。每种接口的落到实处都在接口虚表中有两个记下。倘诺MyInterface1被七个类实现,在接口虚表表中就有多少个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的初叶地方,如图9所示。那是接口方法分派爆发时采取的引用。接口虚表是依据方法表内含的接口图音信创建,接口图在格局表布局进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消息记录。在这种气象下,对MyClass完结的三个接口中的每三个皆有两条记下。第一条接口消息记录的起来4个字节指向MyInterface1的类型句柄(见图9图10)。接着的WO兰德途乐D(2字节)被二个标识占用(0意味着从父类派生,1意味着由方今类完成)。在申明后的WO兰德锐界D是三个伊始槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口实现的子表。对于MyInterface2,起先槽的值为4(从0初始编号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,开端槽的值为6,所以槽7和8指向完毕。类加载器会在须要时复制槽来产生这么的功能:每种接口有自个儿的贯彻,不过物理映射到均等的法子描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的完毕。

据书上说接口的不二等秘书技分派通过接口虚表实行,而直接的形式分派通过保留在相继槽的方法描述地址进行。如以前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在恐怕的时候一般通过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,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

这么些反汇编显示了第一手调用MyClass的实例方法未有采纳偏移。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产生,和直接分派相比较要求有的特别的吩咐。三个命令用来博取接口虚表的地点,另二个获得格局槽表中的接口达成的开头槽。而且,把一个指标实例调换为接口只须要拷贝this指针到对象的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用多个下令把mc的对象援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

近日大家看看虚分派,并且和基于接口的分摊进行比较。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

虚分派总是通过叁个原则性的槽编号爆发,和措施表指针在一定的类(类型)达成等级次序无关。在措施表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现替代父类的兑现。结果,对父对象的艺术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)

静态变量是办法表数据结构的主要组成都部队分。作为艺术表的一局地,它们分配在艺术表的槽数组后。全体的原本静态类型是内联的,而对此组织和援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。方法表中的对象引用指向应用程序域的句柄表的目标引用,它引用了堆上创设的对象实例。一旦成立后,句柄表内的目的引用会使堆上的靶子实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的靶子引用,后面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在点子表成立前开头生活,它和办法表组成起来,是类别注明的CLXC90版本。实际上,EEClass和措施表逻辑上是贰个数据结构(它们一齐表示三个品种),只但是因为使用频度的分歧而被分手。平日选取的域放在方法表,而不平时使用的域在EEClass中。那样,须求被JIT编写翻译函数使用的音讯(如名字,域和摇头)在EEClass中,不过运维时必要的新闻(如虚表槽和GC音讯)在形式表中。

对每三个品种会加载叁个EEClass到利用程序域中,包罗接口,类,抽象类,数组和结构。每一种EEClass是多少个被实行引擎追踪的树的节点。CLENCORE使用这么些互连网在EEClass结构中浏览,其目的富含类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于传承等级次序创设,而父-子关系基于接口档期的顺序和类加载顺序的三结合。在实行托管代码的经过中,新的EEClass节点被投入,节点的关系被填补,新的关系被确立。在网络中,相邻的EEClass还应该有一个水平的涉及。EEClass有四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只体现了和那么些商量有关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,我们从不在图中妥善显示偏移。EEClass有叁个直接的对于措施表的援用。EEClass也本着在暗许使用程序域的每每堆分配的措施描述块。在措施表创建时,对进程堆上分配的域描述列表的二个引用提供了域的布局新闻。EEClass在使用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的举办内部存款和储蓄器分页管理,因而裁减了劳作集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意思无庸赘述。大家今日看看使用SOS输出的EEClass的实在的情理内部存储器。在mc.Method1代码行设置断点后,运维图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的首先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。未来我们得到了EEClass的地址,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,能够知晓图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的法子)。纵然Method1和Method2不是虚方法,它们能够在通过接口举行摊派时被以为是虚函数并参预到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会收获总共拾三个点子。最终列出的是类的多个静态域。MyClass未有实例域。另外域无庸赘述。

结论

咱俩关于CL讴歌MDX一些最器重的内在的探究旅程终于停止了。显明,还会有好些个标题亟需涉及,并且供给在更加深的档案的次序上研商,但是大家期待那足以帮忙您看看事物怎么办事。这里提供的不在少数的新闻可能会在.NET框架和CL宝马7系的新兴版本中更动,可是即便本文提到的CLRubicon数据结构大概更改,概念应该维持不改变。

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