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NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象

2019-10-10 16:48

原稿地址:
初稿发布日期: 9/19/2006
初稿已经被 Microsoft 删除了,搜集进度中发现众多稿子图都不全,那是因为最先的小说的图都不全,所以特搜集完整全文。

目录

  • 前言
  • CL途达运营程序(Bootstrap)创制的域
  • 系统域(System Domain)
  • 共享域(Shared Domain)
  • 默认域(Default Domain)
  • 加载器堆(Loader Heaps)
  • 品种原理
  • 目的实例
  • 方法表
  • 基实例大小
  • 措施槽表(Method Slot Table)
  • 格局描述(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

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 指标布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 办法表布局。
  • 措施分派(Method dispatching)。

因为国有语言运营时(CLWrangler)将在成为在Windows上创制应用程序的主演级基础架构, 多精通点关于CL昂Cora的深浅认知会支援您塑造快捷的, 工业级健壮的选用程序. 在这篇文章中, 我们会浏览,考查CL奥迪Q7的内在精神, 包括对象实例布局, 方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分摊, 和多姿多彩标数目结构.

我们会接纳由C#写成的很简单的代码示例, 所以任何对编程语言的隐式引用都是以C#语言为对象的. 研讨的一些数据结交涉算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改换, 不过大多的定义是不会变的. 大家会选择Visual Studio® .NET 2002Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来线人一些多少结构. SOS能够知情CL奥迪Q5内部的数据结构, 能够dump出有用的音信. 通篇, 大家会商量在Shared Source CLI(SSCLI)中拥有相关落实的类, 你能够从 下载到它们.

图表1 会帮忙您在检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

在大家初始前,请小心:本文提供的新闻只对在X86平台上运转的.NET Framework 1.1有效(对于Shared Source CLI 1.0也多数适用,只是在某个交互操作的情形下必得注意例外),对于.NET Framework 2.0会有改观,所以请不要在创设软件时信赖于这个内部结构的不改变性。

CLHighlander运营程序(Bootstrap)创设的域

在CLKuga奉行托管代码的首先行代码前,会创立四个应用程序域。当中多个对于托管代码以至CL牧马人宿主程序(CLR hosts)都以不可以预知的。它们只好由CLPAJERO运营进度创造,而提供CLEscort运行进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll (在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2 所示,那个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared Domain),都以行使了单件(Singleton)形式。第多少个域是缺省应用程序域(Default AppDomain),它是一个AppDomain的实例,也是独一的有命名的域。对于简易的CLOdyssey宿主程序,比方调节台程序,私下认可的域名由可进行映象文件的名字组成。另外的域可以在托管代码中应用AppDomain.CreateDomain方法创立,也许在非托管的代码中利用ICO奔驰G级RuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,比方ASP.NET,对于特定的网址会依赖应用程序的数额创立四个域。

图 2 由CLTucson运行程序创立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域负担成立和先导化分享域和暗中认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,何况爱护进程范围里边使用的隐含可能显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework 1.第11中学的三个优化性格,它的拍卖措施显得有一点点昏头转向,因为CL奇骏没有给程序集机遇选用此天性。就算如此,由于在颇有的应用程序域中对贰个一定的符号只保留二个对应的字符串,此性格能够节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还肩负发生进度范围的接口ID,并用来创建每一种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中保持追踪全体域,并促成加载和卸载应用程序域的效率。

共享域(Shared Domain)

具备不属于另外特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于具有应用程序域的客户代码都以需要的。它会被活动加载到分享域中。系统命名空间的骨干类型,如Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等等,在CL揽胜运转程序过程中被事先加载到本域中。客商代码也得以被加载到那个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时行使由CLHighlander宿主程序钦命的LoaderOptimization本性。调控台程序也得以加载代码到分享域中,方法是采取System.LoaderOptimizationAttribute本性表明Main方法。分享域还管理二个利用营地址作为目录的顺序集映射图,此映射图作为管理分享程序集信任关系的查找表,那一个程序集被加载到暗中认可域(DefaultDomain)和其他在托管代码中创立的利用程序域。非分享的客商代码被加载到暗中认可域。

默认域(Default Domain)

暗中认可域是选拔程序域(AppDomain)的三个实例,平时的应用程序代码在里边运营。就算有个别应用程序需求在运营时创制额外的利用程序域(举个例子有个别使用插件,plug-in,架构或然扩充珍视的周转时期码生成专门的学业的应用程序),超越五成的应用程序在运行时期只创制三个域。全部在此域运维的代码都以在域档次上有上下文限制。假若三个应用程序有四个使用程序域,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讯可以使用System.ContextBoundObject派生的品类创立。每一个应用程序域有谈得来的六盘水描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中认可上下文(DefaultContext),还应该有本人的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和次序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的作用是加载差异的运营时CLEscort部件和优化在域的漫天生命期内设有的构件。那么些堆的增加基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆分化于垃圾回收堆(或然对称多管理器上的多少个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同一时候保留类型系统。平日访谈的预制构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在频仍堆上,而少之甚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)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档次领悟域后,大家希图看看它们在贰个简易的应用程序的光景文中的大要细节,见 图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后利用SOS调节和测量检验器增添命令DumpDomain来输出域的消息。(请查看 Son of Strike掌握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();
    }
}

大家的调节台程序,萨姆ple1.exe,被加载到四个名字为"萨姆ple1.exe"的运用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是基本系统库,所以也在系统域中列出。每种域会分配多少个往往堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用一样的类加载器,而暗许应用程序使用本人的类加载器。

出口未有显得加载器堆的保留尺寸和已交给尺寸。高频堆的开首化大小是32KB,每回提交4KB。SOS的出口也未曾展现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一个域有三个接口虚表堆(简称为IVMap),由本人的加载器堆在域起首化阶段创制。IVMap保留大小是4KB,最初时交由4KB。我们将会在继续部分商讨项目布局时商量IVMap的含义。

图2 展现暗中认可的进程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大目标堆(用于大小相等如故超过8四千字节的靶子),它表明了这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指令何况保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用以托管对象实例化的排放物回收堆。

品种原理

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关键字张开宣示。大非常多品类由程序猿显式成立,不过,在极度的并行操作(interop)情况和长距离对象调用(.NET Remoting)场地中,.NET CLOdyssey会隐式的产生类型,那个产生的门类包罗COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩由此三个带有对象引用的栈初始研商.NET类型原理(规范地,栈是二个指标实例早先生命期的地点)。 图4中体现的代码包括贰个简约的主次,它有二个调整台的入口点,调用了一个静态方法。Method1创办二个SmallClass的种类实例,该项目包罗贰个字节数组,用于演示怎么着在大指标堆创造对象。纵然那是一段无聊的代码,可是足以扶助大家实行切磋。

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,它声明在只怕的事态下将函数参数通过存放器传递,而别的参数遵照从右到左的一一入栈,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。援引类型变量如smallObj以一定大小(4字节DWO汉兰达D)保存在栈中,包涵了在通常GC堆中分配的对象的地方。对于价值观C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是指标的援用。不管怎么样,它含有了八个对象实例的地方,我们将选择术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

图片 2

貌似GC堆上的smallObj对象实例包蕴二个名字为 _largeObj 的字节数组(注意,图中显得的高低为85016字节,是实际的储备大小)。CL福特Explorer对抢先或等于85000字节的对象的拍卖和小目的区别。大指标在大目的堆(LOH)上分红,而小指标在日常GC堆上创设,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会减小,而GC堆在GC回收时展开削减。还应该有,LOH只会在一点一滴GC回收时被回收。

smallObj的靶子实例包括类型句柄(TypeHandle),指向对应项指标方法表。每一种申明的门类有二个方法表,而一样品种的装有目的实例都指向同一个方法表。它含有了档案的次序的性状音讯(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),完成的接口数目,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。

办法表指向三个名叫EEClass的关键数据结构。在章程表创设前,CL奥迪Q5类加载器从元数据中开创EEClass。 图4中,SmallClass的方式表指向它的EEClass。那么些协会指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass平日分配在分享域的加载器堆。加载器堆和接纳程序域关联,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无影无踪。而且,暗中同意的运用程序域不会被卸载,所以那些代码的生存期是停止CLLX570关闭停止。

对象实例

正如我辈说过的,全部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 堆也许 LOH 上创办。图 6 展现了三个一流的对象布局。二个目的足以透过以下渠道被引用:基于栈的一些变量,在竞相操作如故平台调用情况下的句柄表,存放器(实施办法时的 this 指针和办法参数),具备终结器( finalizer )方法的靶子的终结器队列。 OBJECTREF 不是指向目的实例的早先地点,而是有三个 DWO奥迪Q5D 的偏移量( 4 字节)。此 DWO奇骏D 称为对象头,保存二个针对性 SyncTableEntry 表的目录(从 1 伊始计数的 syncblk 编号。因为通过索引实行连接,所以在急需扩张表的大大小时辰, CLCRUISER能够在内部存款和储蓄器中活动这么些表。 SyncTableEntry 维护三个反向的弱援引,以便 CLEnclave能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱援用让 GC 能够在没有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,包蕴了非常少须要被三个对象的保有实例使用的管用的消息。这个音讯包含对象锁,哈希编码,任何调换层 (thunking) 数据和接纳程序域的目录。对于绝大多数的目的实例,不会为实在的 SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,並且 syncblk 编号为 0 。这点在施行线程际遇如 lock(obj) 或然 obj.GetHashCode 的说话时会爆发变化,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 作为它的最初的 syncblk 编号。 lock 语句使得 CL卡宴 创设二个 syncblk 入口并使用相应的数值更新对象头。因为 C# 的 lock 关键字会扩充为 try-finally 语句并行使 Monitor 类,四个当做同步的 Monitor 对象在 syncblk 上创办。堆 GetHashCode 的调用会采纳对象的哈希编码扩充 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,可是那和独立的对象用处非亲非故。
项目句柄紧跟在目的实例中的 syncblk 编号后。为了保持一连性,小编会在表达实例变量后钻探类型句柄。实例域( Instance 田野先生)的变量列表紧跟在品种句柄后。暗许情状下,实例域会以内部存款和储蓄器最得力应用的不二法门排列,这样只须要起码的当做对齐的填充字节。图 7 的代码显示了 SimpleClass 富含有局地比不上大小的实例变量。

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 展现了在 Visual Studio 调节和测验器的内部存储器窗口中的三个 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 存放器保存的 simpleObj 地址在内部存储器窗口彰显对象实例。前 4 个字节是 syncblk 编号。因为我们一直不用别样共同代码应用此实例(也未尝访问它的哈希编码), syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的目的实例,指向开头地点的 4 个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被一个接贰个的排列在一道。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 堆中分配的实在的字符串实例。字符串是一个特意的项目,因为具备富含一样文字标识的字符串,会在前后相继集加载到进度时指向三个大局字符串表的一律实例。这一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利用。大家事先已经提过,在 NET Framework 1.1 中,程序集不能够接纳是还是不是使用那么些历程,就算现在版本的 CLRubicon大概会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

故而私下认可意况下,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,词典顺序必需被保留到内部存款和储蓄器中,那时能够运用 StructLayoutAttribute 特性,它有三个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。 LayoutKind.Sequential 可感到被封送( marshaled )数据保持词典顺序,固然在 .NET Framework 1.第11中学,它并未有影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0 可能会这么做)。在互动操作的图景下,假若您确实供给卓殊的填充字节和显示的调整域的顺序, LayoutKind.Explicit 能够和域等级次序的 FieldOffset 天性一同利用。

看完底层的内存内容后,大家采纳 SOS 看看对象实例。七个得力的通令是 DumpHeap ,它能够列出全数的堆内容和三个特意类型的富有实例。没有必要依靠贮存器, DumpHeap 可以来得大家创制的并世无两贰个实例的地址。

!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 的实例只含有叁个DWOOdysseyD 的对象援用。 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 实例的地方后,大家得以采纳 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

正如以前说过, C# 编写翻译器对于类的私下认可布局使用 LayoutType.Auto (对于协会选择 LayoutType.Sequential );由此类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够动用 ObjSize 来输出满含被 str 实例占用的空间,如下所示:

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

假令你从指标图的全局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的大小( 36 字节),就能够收获 str 的轻重缓急,即 36 字节。让大家输出 str 实例来阐明这些结果:

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

若是您将字符串实例的高低(36字节)加上SimpleClass实例的高低(36字节),就足以获取ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留心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,CL奥德赛不通晓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;由此它们不会被这么些命令报告。

针对方法表的连串句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创设前,CLOdyssey查看加载类型,若无找到,则实行加载,获得方法表地址,创设对象实例,然后把项目句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器产生的代码在举市场价格势分派时使用项目句柄来恒定方法表。CL奥迪Q7在需求史可以透过艺术表反向访谈加载类型时选用项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测验器扩张程序用于本文化的展现CL宝马X3数据结构的剧情,它是 .NET Framework 安装程序的一局地,位于 %windir%Microsoft.NETFrameworkv1.1.4322。SOS加载到进程此前,在 Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 加多 SOS.dll 所在的公文夹到PATH情况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装三个断点, 张开 Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实行 .load sos.dll。使用 !help 获取调节和测验相关的一些指令,关于SOS更加多新闻,参考这里。

方法表

各类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艺术表来表示。那是在目的的率先个实例创立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产生的炫酷到内部存储器的元数据结构(metadata structures)。方法表满含的音信和外挂的新闻能够由此System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中能够通过Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包罗的类别句柄指向方法表起始地点的挥动处,偏移量暗中同意情形下是12字节,包涵了GC消息。我们不打算在此地对其张开座谈。

图 9 突显了办法表的天下无敌布局。大家会声明项目句柄的局地重视的域,可是对于截然的列表,请参考此图。让我们从基实例大小(Base Instance Size)最先,因为它间接关系到运维时的内部存储器状态。

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计算的对象的尺寸,基于代码中声称的域。在此之前曾经研究过,当前GC的落到实处内需二个足足12字节的靶子实例。假使叁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)和系列句柄占用。再说三遍,对象的大大小小会惨被StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中显示的MyClass(有四个接口)的章程表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual Studio .NET 二〇〇二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字节的偏移处,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)

在艺术表中带有了五个槽表,指向各样艺术的陈述(MethodDesc),提供了类别的行为工夫。方法槽表是基于方法完毕的线性链表,依照如下顺序排列:承继的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在此时此刻类,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,它替换全数的被遮掩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,它能够让各种接口有投机的细小的vtable。可是被复制的槽指向同一的物理达成。MyClass富含接口方法,一个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为全部没有显式定义构造函数的目的自动生成。因为大家定义并开首化了多少个静态变量,编写翻译器会调换三个类构造函数。图10来得了MyClass的秘技表的布局。布局彰显了拾三个格局,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,上面大家会开展研商。图11显示了MyClass的方法表的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()

任何类型的初始4个方法总是ToString, Equals, GetHashCode, and Finalize。那个是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被实行了复制,不过都指向相同的措施描述。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CLKoleos知道的秘技完结的贰个打包。有两种等级次序的章程描述,除了用于托管完结,分别用于分歧的互动操作完成的调用。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程中发出,初步化为指向IL。各种方法描述包括一个预编写翻译代理(PreJitStub),肩负触发JIT编写翻译。图12来得了三个独立的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是实际的办法描述数据结构。对于实际的点子描述,那是-5字节的偏移,是每种方法的8个叠合字节的一局地。那5个字节满含了调用预编写翻译代理程序的授命。5字节的摇动能够从SOS的DumpMT输出从看见,因为方法描述总是方法槽表指向的职分前面的5个字节。在率先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完结后,包蕴调用指令的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的措施表槽指向的代码进行反汇编,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

前日大家施行此措施,然后反汇编一样的地址:

!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,独有开端5个字节是代码,剩余字节包含了Method2的章程描述的多寡。“!u”命令不知晓那或多或少,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编写翻译前满含IL中方法达成的周旋虚地址(Relative Virtual Address ,WranglerVA)。此域用作标志,表示是不是IL。在按要求编写翻译后,CLEvoque使用编译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中精选二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的方法描述的情节:

!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

办法的那一个标识域的编码包含了议程的品类,举个例子静态,实例,接口方法依然COM完结。让我们看方法表别的二个复杂的上边:接口达成。它包裹了布局进程具备的复杂性,让托管意况认为这点看起来轻巧。然后,大家将表明接口怎么样进展示公布局和基于接口的章程分派的恰如其分工作方法。

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

在议程表的第12字节偏移处是叁个要害的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向叁个行使程序域等级次序的映射表,该表以进程档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第壹遍加载时创立。每种接口的贯彻都在接口虚表中有三个记录。固然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头地点,如图9所示。那是接口方法分派爆发时利用的援引。接口虚表是依照方法表内含的接口图音讯创造,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据创设。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点子表中的接口音信记录。在这种意况下,对MyClass完成的八个接口中的每叁个都有两条记下。第一条接口消息记录的初叶4个字节指向MyInterface1的类型句柄(见图9图10)。接着的WO卡宴D(2字节)被二个标识占用(0代表从父类派生,1意味着由近期类达成)。在声明后的WOWranglerD是一个发端槽(Start Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,最早槽的值为4(从0初始编号),所以槽5和6指向实现;对于MyInterface2,开端槽的值为6,所以槽7和8指向完结。类加载器会在供给时复制槽来发生这么的效益:各种接口有本人的兑现,但是物理映射到平等的不二秘籍描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向相同的落到实处。

基于接口的措施分派通过接口虚表实行,而平素的艺术分派通过保留在相继槽的不二秘籍描述地址进行。如在此之前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在只怕的时候日常经过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的第二个参数总是this指针,所以经过ECX贮存器传送,能够在“mov ecx,esi”语句看见那点:

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

那么些反汇编显示了第一手调用MyClass的实例方法未有选择偏移。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,和一向分派比较需求某个外加的吩咐。一个下令用来博取接口虚表的地点,另三个赢得格局槽表中的接口完成的发端槽。而且,把一个对象实例调换为接口只须要拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用一个限令把mc的对象引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

近些日子大家看看虚分派,并且和基于接口的分摊举行比较。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原则性的槽编号发生,和方法表指针在特定的类(类型)完成档期的顺序毫不相关。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的完毕取代父类的落成。结果,对父对象的秘技调用被分派到子对象的贯彻。反汇编展现了分派通过8号槽产生,能够在调节和测量试验器的内存窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看见这点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是办法表数据结构的首要组成都部队分。作为艺术表的一局地,它们分配在方式表的槽数组后。全体的原有静态类型是内联的,而对此组织和引用的体系的静态值对象,通在句柄表中开创的目的援用来针对。方法表中的靶子援引指向应用程序域的句柄表的对象引用,它援引了堆上创设的对象实例。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指向句柄表的靶子引用,后面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在格局表创制前初步生活,它和艺术表组成起来,是项目证明的CL奥迪Q7版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是多个数据结构(它们一齐表示叁个体系),只然而因为运用频度的例外而被分手。平常利用的域放在方法表,而不正常选拔的域在EEClass中。这样,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,不过运转时索要的音信(如虚表槽和GC音讯)在艺术表中。

对每两个体系会加载多个EEClass到利用程序域中,包涵接口,类,抽象类,数组和结构。每种EEClass是三个被推行引擎追踪的树的节点。CL库罗德使用那么些网络在EEClass结构中浏览,其指标包罗类加载,方法表布局,类型验证和类型转换。EEClass的子-父关系基于承袭等级次序创立,而父-子关系基于接口档期的顺序和类加载顺序的三结合。在推行托管代码的进度中,新的EEClass节点被参加,节点的关联被补充,新的关联被确立。在网络中,相邻的EEClass还会有多少个等级次序的涉嫌。EEClass有七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只展现了和那些研讨有关的一些域。因为我们忽略了布局中的一些域,大家尚无在图中安妥显示偏移。EEClass有三个直接的对于措施表的援用。EEClass也针对在默许使用程序域的频频堆分配的法子描述块。在艺术表创造时,对进度堆上分配的域描述列表的二个援引提供了域的布局消息。EEClass在使用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的进展内部存款和储蓄器分页管理,由此缩小了劳作集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意思无庸赘述。大家未来探问使用SOS输出的EEClass的真的的概略内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的次序。首先使用命令Name2EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第多个参数时模块名,能够从DumpDomain命令得到。今后大家获得了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文件中映射到内存的元数据表的MyClass索引,父类指向System.Object。从相邻链指向名字为Program的EEClass,可知图13展现的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的法门)。即便Method1和Method2不是虚方法,它们得以在通过接口进行分摊时被以为是虚函数并加入到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会收获总共拾三个形式。最终列出的是类的多少个静态域。MyClass未有实例域。其余域不在话下。

结论

小编们关于CLR一些最器重的内在的商量旅程终于终止了。鲜明,还也有大多主题材料须要涉及,何况亟需在更加深的层系上探究,不过我们期望那能够帮助你看看东西怎样专门的职业。这里提供的累累的音讯也许会在.NET框架和CLCR-V的新生版本中改造,不过纵然本文提到的CLQX56数据结构恐怕改换,概念应该保持不改变。

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