原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿公布日期: 9/19/2006
初稿已经被 Microsoft
删除了,收罗进度中开掘好些个稿子图都不全,这是因为最初的作品的图都不全,所以特搜罗完整全文。

爱博体育,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)。

因为国有语言运维时(CLPAJERO)将要成为在Windows上创办应用程序的主角级基础架构,
多通晓点关于CL福睿斯的纵深认知会接济您营造高速的, 工业级健壮的施用程序.
在那篇小说中, 我们会浏览,考察CL汉兰达的内在精神, 包蕴对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和琳琅满指标多寡结构.

咱俩会动用由C#写成的非常轻松的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援用都以以C#语言为对象的.
研究的片段数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改换,
不过大比比较多的定义是不会变的. 大家会选取Visual Studio® .NET 二零零二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数量结构.
SOS能够精晓CLQashqai内部的数据结构, 能够dump出有用的消息. 通篇,
大家商商酌在Shared Source CLI(SSCLI)中全体相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会帮助你在搜寻一些构造的时候到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

在大家开首前,请留神:本文提供的新闻只对在X86平台上运维的.NET Framework
1.1实惠(对于Shared Source CLI
1.0只怕多适用,只是在一些交互操作的情事下必须当心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改观,所以请不要在创设软件时依赖于这么些内部结构的不变性。

CLPAJERO运转程序(Bootstrap)创制的域

在CLCRUISER推行托管代码的率先行代码前,会创立八个利用程序域。在那之中三个对于托管代码乃至CL哈弗宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLRAV4运行进度创建,而提供CL翼虎运营进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多处理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那几个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared
Domain),都以使用了单件(Singleton)方式。第多个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是贰个AppDomain的实例,也是独一的有命名的域。对于简易的CL昂Cora宿主程序,比方调控台程序,私下认可的域名由可举行映象文件的名字组成。另外的域能够在托管代码中选用AppDomain.CreateDomain方法创立,恐怕在非托管的代码中使用ICOLacrosseRuntimeHost接口成立。复杂的宿主程序,比方ASP.NET,对于特定的网址会按关照用程序的多寡创立两个域。

图 2 由CL昂科雷运行程序成立的域 ↓

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系统域(System Domain)

系统域担任创设和初阶化分享域和默许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且保护进度范围之中接纳的涵盖或许显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的三个优化本性,它的拍卖方法显得有个别昏头转向,因为CL奥迪Q5未有给程序集时机选取此性子。就算如此,由于在装有的行使程序域中对叁个一定的号子只保留二个一见倾心的字符串,此性格能够节省里部存款和储蓄器空间。

系统域还背负爆发进程范围的接口ID,并用来创建种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追踪全数域,并实现加载和卸载应用程序域的成效。

共享域(Shared Domain)

抱有不属于另外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用户代码都以必需的。它会被自动加载到分享域中。系统命名空间的大旨项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL奥德赛运行程序进程中被事先加载到本域中。用户代码也足以被加载到那一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时采纳由CL景逸SUV宿主程序内定的LoaderOptimization性子。调整台程序也得以加载代码到分享域中,方法是使用System.LoaderOptimizationAttribute特性注明Main方法。分享域还处理四个使用集散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依赖关系的查找表,那一个程序集被加载到暗许域(DefaultDomain)和其余在托管代码中开创的行使程序域。非分享的用户代码被加载到暗中认可域。

默认域(Default Domain)

暗中同意域是选用程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在里边运转。固然有个别应用程序要求在运行时创制额外的行使程序域(比方有个别使用插件,plug-in,架构只怕拓展重点的周转时期码生成工作的应用程序),超越百分之二十的应用程序在运营时期只开创三个域。全部在此域运维的代码都以在域档案的次序上有上下文限制。倘若一个应用程序有七个利用程序域,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运用System.ContextBoundObject派生的花色创造。每一个应用程序域有谈得来的三门峡描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中同意上下文(DefaultContext),还会有本身的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和顺序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的法力是加载差异的运作时CL智跑部件和优化在域的方方面陌生命期内设有的预制构件。那一个堆的增长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆分裂于垃圾回收堆(只怕对称多处理器上的三个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同期保留类型系统。日常访问的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在一而再堆上,而相当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)。

从高档案的次序了然域后,大家妄图看看它们在一个简便的应用程序的前后文中的大要细节,见
图3。我们在程序运维时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测验器扩展命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
了然SOS的加载消息)。这里是编写制定后的出口:

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();
    }
}

大家的调控台程序,萨姆ple1.exe,被加载到四个名叫”Sample1.exe”的运用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是主旨系统库,所以也在系统域中列出。各类域会分配一个频频堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用同一的类加载器,而暗中同意应用程序使用本人的类加载器。

输出未有显示加载器堆的保存尺寸和已交付尺寸。高频堆的初阶化大小是32KB,每趟提交4KB。SOS的输出也从不出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一个域有二个接口虚表堆(简称为IVMap),由友好的加载器堆在域初叶化阶段创立。IVMap保留大小是4KB,初叶时提交4KB。大家将会在延续部分研讨项目布局时探究IVMap的含义。

图2
展现暗中认可的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大指标堆(用于大小也便是依旧超过8陆仟字节的靶子),它注明了那些堆和加载器堆的语义差距。即时(just-in-time,
JIT)编译器产生x86指令况兼保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用以托管对象实例化的污物回收堆。

项目原理

品种是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够动用class,struct和interface关键字展开宣示。大多数档案的次序由程序猿显式创设,可是,在刻意的并行操作(interop)情况和长途对象调用(.NET
Remoting)地方中,.NET
CL奔驰M级会隐式的发出类型,这一个产生的品类涵盖COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

我们通过多个涵盖对象引用的栈开首商量.NET类型原理(规范地,栈是三个指标实例初阶生命期的地点)。
图4中呈现的代码包蕴八个大约的顺序,它有几个调控台的入口点,调用了四个静态方法。Method1开立三个SmallClass的档案的次序实例,该品种涵盖二个字节数组,用于演示怎么样在大目的堆创制对象。就算那是一段无聊的代码,不过足以支持我们举行研究。

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 显示了停止在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它表明在大概的动静下将函数参数通过存放器传递,而其余参数依据从右到左的次第入栈,然后由被调用函数实现出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。援用类型变量如smallObj以稳住大小(4字节DWO大切诺基D)保存在栈中,包罗了在相似GC堆中分红的指标的地址。对于守旧C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是指标的援用。不管怎么着,它含有了三个指标实例的地址,大家将运用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援引指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结商谈堆

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相似GC堆上的smallObj对象实例满含贰个名字为 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的大大小小为85016字节,是事实上的储备大小)。CL翼虎对超越或等于8伍仟字节的对象的管理和小指标不相同。大指标在大指标堆(LOH)上分红,而小指标在一般GC堆上创设,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会削减,而GC堆在GC回收时开始展览削减。还会有,LOH只会在一丝一毫GC回收时被回收。

smallObj的目的实例包涵类型句柄(TypeHandle),指向对应档期的顺序的方法表。每一个申明的档案的次序有八个方法表,而平等系列的具有目的实例都针对同三个方法表。它包涵了类其余性格音信(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),完毕的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应达成的槽表。

主意表指向一个名称叫EEClass的首要数据结构。在艺术表创造前,CL奥迪Q5类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的章程表指向它的EEClass。那一个构造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。加载器堆和利用程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到中间,就直到应用程序域卸载时才会藏形匿影。何况,私下认可的施用程序域不会被卸载,所以那一个代码的生存期是停止CL揽胜极光关闭结束。

对象实例

正如笔者辈说过的,全体值类型的实例恐怕隐含在线程栈上,或许隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆大概 LOH 上成立。图 6
突显了三个头名的对象布局。八个指标足以由此以下渠道被引述:基于栈的片段变量,在交互操作依然平台调用景况下的句柄表,存放器(实行办法时的
this 指针和艺术参数),具有终结器( finalizer )方法的靶子的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向指标实例的发端地方,而是有三个 DWOTucsonD 的偏移量( 4
字节)。此 DWOTucsonD 称为对象头,保存八个针对性 SyncTableEntry 表的目录(从 1
起先计数的 syncblk
编号。因为经过索引实行连续,所以在急需增加表的高低时, CLRubicon能够在内部存款和储蓄器中移动那些表。 SyncTableEntry 维护一个反向的弱引用,以便 CLENVISION能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱援引让 GC
能够在一直不任何强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了一个针对性
SyncBlock
的指针,富含了相当少需求被一个目的的有着实例使用的卓有功能的音讯。这个音信包涵对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和接纳程序域的目录。对于多数的对象实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,何况 syncblk 编号为 0 。那一点在施行线程遇到如
lock(obj) 恐怕 obj.GetHashCode 的言辞时会爆发变化,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
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在上述代码中, smallObj 会选取 0 作为它的开场的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL奇骏 创制七个 syncblk 入口并选拔相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会增添为 try-finally 语句并使用 Monitor 类,三个作为同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创制。堆 GetHashCode
的调用会使用对象的哈希编码扩大 syncblk 。
在 SyncBlock 中有别的的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时利用,然而那和卓绝的指标用处无关。
项目句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了保全一而再性,我会在表明实例变量后探究类型句柄。实例域(
Instance field)的变量列表紧跟在类型句柄后。暗中认可境况下,实例域会以内存最得力应用的情势排列,那样只须求最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码呈现了 SimpleClass 富含有局部见仁见智尺寸的实例变量。

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 展现了在 Visual Studio 调节和测量检验器的内部存款和储蓄器窗口中的三个 SimpleClass
对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后利用 ECX
存放器保存的 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。因为大家从没用别样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 。保存在栈变量的靶子实例,指向起头地点的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被二个接一个的排列在联合。多少个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在同步。字符串变量 str 是叁个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的骨子里的字符串实例。字符串是多个专程的等级次序,因为具备包罗相同文字标志的字符串,会在先后集加载到进程时指向叁个大局字符串表的同等实例。那个历程称为字符串驻留(
string interning ),设计目标是优化内部存款和储蓄器的应用。大家从前曾经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集无法选择是还是不是选用那些历程,就算今后版本的 CL普拉多恐怕会提供那样的工夫。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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由此暗许意况下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内部存储器中保持。在互相操作的图景下,词典顺序必须被封存到内部存款和储蓄器中,那时能够利用
StructLayoutAttribute 个性,它有二个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可认为被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,就算在 .NET Framework 1.1中,它从不影响托管的布局(然则 .NET Framework 2.0
大概会那样做)。在相互操作的处境下,若是您真的必要相当的填充字节和出示的调控域的依次,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 FieldOffset 天性一同使用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,我们运用 SOS 看看对象实例。一个立见功能的命令是
DumpHeap
,它可以列出全数的堆内容和二个专门类型的持有实例。不要求依赖贮存器,
DumpHeap 可以显示大家成立的独一贰个实例的地方。

!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

对象的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只包蕴贰个DWO福特ExplorerD 的指标引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,另外 8
个字节包蕴项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,我们能够使用 DumpObj 命令输出它的内容,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中认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会选取 LayoutType.Sequential
);由此类加载器重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 实例占用的空间,如下所示:

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

一经你从目的图的全局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的尺寸( 36
字节),就足以获得 str 的深浅,即 36 字节。让我们输出 str
实例来注明那些结果:

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

若是您将字符串实例的大大小小(36字节)加上SimpleClass实例的分寸(36字节),就能够获得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留神ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存储器。何况,在.NET Framework
1.第11中学,CLSportage不掌握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;因而它们不会被那一个命令报告。

本着方法表的等级次序句柄在syncblk编号后分配。在对象实例成立前,CL途乐查看加载类型,若无找到,则打开加载,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拓展艺术分派时采纳项目句柄来定位方法表。CL途胜在急需史能够经过艺术表反向访谈加载类型时利用项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩大程序用于本文化的展现CL哈弗数据结构的原委,它是 .NET
Framework 安装程序的一有的,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程在此以前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 增加 SOS.dll
所在的文书夹到PATH情况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装一个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中施行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测验相关的部分下令,关于SOS更加多消息,参考这里

方法表

每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通过措施表来表示。那是在目的的第三个实例创制前的类加载活动的结果。对象实例表示的是状态,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产生的映射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消息能够通过System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中得以经过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包罗的品种句柄指向方法表伊始地点的偏移处,偏移量默许情形下是12字节,包括了GC音讯。我们不计划在此处对其进展座谈。

图 9
突显了点子表的天下无敌布局。大家会注解项目句柄的片段注重的域,但是对于截然的列表,请参谋此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)初步,因为它一直关乎到运转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总结的靶子的尺寸,基于代码中宣称的域。在此以前已经商讨过,当前GC的落到实处内需一个足足12字节的目的实例。要是三个类未有定义任何实例域,它起码含有额外的4个字节。其它的8个字节被对象头(或许带有syncblk编号)和类别句柄占用。再说二次,对象的大大小小会遭到StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中显得的MyClass(有七个接口)的艺术表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
二〇〇〇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4字节的舞狮处,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)

在艺术表中包涵了八个槽表,指向各种艺术的叙说(MethodDesc),提供了品种的行为手艺。方法槽表是遵照方法完成的线性链表,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隐形的父类方法,创造新的槽,在需求时复制槽。槽复制是不能缺少的,它可以让各样接口有友好的小不点儿的vtable。可是被复制的槽指向平等的大要达成。MyClass包括接口方法,贰个类构造函数(.cctor)和指标构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为保有未有显式定义构造函数的对象自动生成。因为大家定义并初阶化了多个静态变量,编写翻译器会变动二个类构造函数。图10呈现了MyClass的章程表的布局。布局显示了13个点子,因为Method2槽为接口IVMap实行了复制,上面咱们会开始展览斟酌。图11来得了MyClass的方法表的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()

任何项目标始发4个点子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那么些是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被开始展览了复制,然则都指向一样的措施描述。代码显示定义的.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CLLAND知道的秘籍达成的叁个打包。有两种档期的顺序的章程描述,除了用于托管落成,分别用于不一致的交互操作实现的调用。在本文中,大家只考察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中发生,先河化为指向IL。每一个方法描述包蕴二个预编译代理(PreJitStub),担当触发JIT编译。图12来得了二个拔尖的布局,方法表的槽实际上指向代理,实际不是实际上的办法描述数据结构。对于实际的办法描述,那是-5字节的撼动,是各类方法的8个叠合字节的一某个。那5个字节满含了调用预编写翻译代理程序的命令。5字节的舞狮能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的职位前面包车型大巴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代码的义务治疗跳转指令覆盖。

图 12措施描述

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图12的章程表槽指向的代码进行反汇编,展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

现行反革命大家实践此情势,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

在此地点,独有初步5个字节是代码,剩余字节包涵了Method2的主意描述的数目。“!u”命令不领会那或多或少,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略5个字节后的有所东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前富含IL中方法达成的对峙虚地址(Relative Virtual
Address
,奥德赛VA)。此域用作标识,表示是还是不是IL。在按须要编译后,CL猎豹CS6使用编译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中采用二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的不二秘诀描述的剧情:

!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,方法描述的开始和结果如下:

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

艺术的那一个标记域的编码满含了艺术的品类,举个例子静态,实例,接口方法大概COM达成。让我们看方法表别的八个繁杂的上面:接口完毕。它包裹了布局进程具备的错综相连,让托管景况以为那或多或少看起来差十分的少。然后,大家将注解接口如何进展示公布局和基于接口的点子分派的合适职业办法。

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

在措施表的第12字节偏移处是多个重中之重的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个施用程序域档次的映射表,该表以进度档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第四回加载时创设。每一个接口的落到实处都在接口虚表中有一个笔录。如果MyInterface1被四个类完毕,在接口虚表表中就有八个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的起来地点,如图9所示。那是接口方法分派产生时使用的引用。接口虚表是依靠方法表内含的接口图音讯创立,接口图在措施表布局过程中基于类的元数据成立。一旦类型加载成功,只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格局表中的接口音信记录。在这种境况下,对MyClass完成的多个接口中的每叁个都有两条记下。第一条接口消息记录的发端4个字节指向MyInterface1的体系句柄(见图9图10)。接着的WOEvoqueD(2字节)被三个标记占用(0表示从父类派生,1象征由最近类完成)。在申明后的WO安德拉D是叁个从头槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,起始槽的值为4(从0初叶编号),所以槽5和6指向完毕;对于MyInterface2,开头槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在须求时复制槽来发出如此的功效:每一种接口有本身的贯彻,但是物理映射到均等的主意描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向同样的达成。

据他们说接口的法子分派通过接口虚表实行,而一贯的办法分派通过保留在相继槽的点子描述地址进行。如在此之前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,开首2个参数在或许的时候一般经过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的第八个参数总是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

这几个反汇编显示了平昔调用MyClass的实例方法未有动用偏移。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爆发,和间接分派相比较须要有个别额外的通令。三个发令用来获取接口虚表的地址,另三个赢得方式槽表中的接口完成的始发槽。况兼,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”使用一个指令把mc的靶子引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

这段日子我们看看虚分派,並且和基于接口的摊派进行相比较。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

虚分派总是通过三个永久的槽编号发生,和格局表指针在一定的类(类型)完成档期的顺序非亲非故。在艺术表布局时,类加载器用覆盖的子类的落实取代父类的落实。结果,对父对象的不二法门调用被分摊到子对象的兑现。反汇编呈现了分派通过8号槽产生,能够在调节和测量试验器的内部存储器窗口(如图10所示)和DumpMT的出口看到这或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是艺术表数据结构的尤为重要组成都部队分。作为艺术表的一片段,它们分配在方式表的槽数组后。全部的本来面目静态类型是内联的,而对此组织和援用的类型的静态值对象,通在句柄表中创建的目的引用来针对。方法表中的指标援引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。一旦创制后,句柄表内的目的援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指向句柄表的指标援引,后面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表创制前开首生活,它和方法表组成起来,是连串阐明的CL奇骏版本。实际上,EEClass和办法表逻辑上是三个数据结构(它们一同表示贰个门类),只然则因为运用频度的不如而被分别。常常应用的域放在方法表,而不时常利用的域在EEClass中。那样,须求被JIT编写翻译函数使用的音信(如名字,域和摇头)在EEClass中,不过运营时索要的音信(如虚表槽和GC音信)在章程表中。

对各样类型会加载八个EEClass到使用程序域中,包括接口,类,抽象类,数组和组织。每一种EEClass是三个被实践引擎追踪的树的节点。CLCRUISER使用这几个互连网在EEClass结构中浏览,其目标包罗类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于承袭等级次序创设,而父-子关系基于接口档期的顺序和类加载顺序的结合。在进行托管代码的历程中,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还应该有一个水准的关联。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,请参谋图13

图13只突显了和这么些商量相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家向来不在图中格外彰显偏移。EEClass有一个直接的对于艺术表的引用。EEClass也本着在暗中认可使用程序域的累累堆分配的法子描述块。在章程表成立时,对经过堆上分配的域描述列表的三个援用提供了域的布局音信。EEClass在选拔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,因而裁减了职业集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意思可想而知。大家明日探视使用SOS输出的EEClass的实在的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的次第。首先选用命令Name2EE得到MyClass的EEClass的位置。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第一个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。将来大家获得了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的输出看起来完全一致。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,能够领略图13突显的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的秘技)。就算Method1和Method2不是虚方法,它们能够在通过接口进行分摊时被感觉是虚函数并投入到列表中。把.cctor和.ctor参加到列表中,你会获得总共12个格局。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。

结论

大家关于CLPRADO一些最要紧的内在的探赜索隐旅程终于终止了。分明,还应该有非常多主题素材需求涉及,况兼亟需在更加深的层系上谈论,可是大家期望那能够扶助你见到东西怎么着职业。这里提供的洋洋的信息可能会在.NET框架和CL奥迪Q5的新生版本中改换,不过就算本文提到的CLLX570数据结构也许退换,概念应该保持不改变。

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