深入探索.NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象

2019-12-03 07:21栏目:娱乐官网平台
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深入探索.NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象。原著宣布日期: 9/19/二零零六
原稿已经被 Microsoft 删除了,采摘进度中窥见非常多文章图都不全,那是因为原作的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

  • 前言
  • CL索罗德运行程序(Bootstrap)创立的域
  • 系统域(System Domain)
  • 共享域(Shared Domain)
  • 默认域(Default Domain)
  • 加载器堆(Loader Heaps)
  • 品类原理
  • 指标实例
  • 方法表
  • 基实例大小
  • 艺术槽表(Method Slot Table)
  • 办法描述(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。
  • 目的布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 艺术表布局。
  • 办法分派(Method dispatching)。

因为国有语言运营时(CL昂科威卡塔尔(قطر‎将在成为在Windows上创制应用程序的主演级幼功布局, 多通晓点关于CL帕杰罗的深度认识会支援你营造高速的, 工业级强健的运用程序. 在这里篇小说中, 大家会浏览,考察CL宝马X3的内在精气神, 包含对象实例布局, 方法表的构造, 方法分派, 基于接口的摊派, 和五花八门的数额结构.

大家会选取由C#写成的特别轻松的代码示例, 所以任何对编制程序语言的隐式援用都是以C#语言为指标的. 研究的一些数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中更改, 可是多数的概念是不会变的. 大家会利用Visual Studio® .NET 二〇〇一Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS卡塔尔(英语:State of Qatar)来窥探一些数额结构. SOS能够明白CL揽胜内部的数据布局, 能够dump出有用的音信. 通篇, 我们构和谈在Shared Source CLI(SSCLI卡塔尔(قطر‎中有着相关贯彻的类, 你可以从 下载到它们.

图表1 会扶植您在寻觅一些布局的时候到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,请小心:本文提供的消息只对在X86平台上运转的.NET Framework 1.1得力(对于Shared Source CLI 1.0可能多适用,只是在好几交互作用操作的景观下必须小心例外),对于.NET Framework 2.0会有改观,所以请不要在营造软件时信任于那些内部布局的不改变性。

CL奥迪Q5运维程序(Bootstrap)成立的域

在CL奥迪Q7试行托管代码的第黄金时代行代码前,会创建七个利用程序域。个中多个对于托管代码以致CL奥迪Q5宿主程序(CLR hosts)都以不可以见到的。它们只好由CL奇骏运营进程创设,而提供CLCRUISER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。正如 图2 所示,那一个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared Domain),都以接纳了单件(Singleton)格局。第四个域是缺省应用程序域(Default AppDomain),它是二个AppDomain的实例,也是唯生机勃勃的有命名的域。对于简易的CLPAJERO宿主程序,例如调整台程序,私下认可的域名由可进行映象文件的名字组成。此外的域能够在托管代码中动用AppDomain.CreateDomain方法创建,或然在非托管的代码中选拔ICOMuranoRuntimeHost接口创设。复杂的宿主程序,比如ASP.NET,对于特定的网址会依靠应用程序的数码成立三个域。

深入探索.NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象。图 2 由CL昂Cora运维程序创制的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域肩负创制和初步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,何况珍视进程范围之中使用的隐含恐怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework 1.1中的一个优化特性,它的管理办法显得有些昏昏欲睡,因为CL如虎 CTR 3未有给程序集机缘选拔此个性。即便如此,由于在装有的选择程序域中对三个特定的暗号只保留三个相应的字符串,此性子能够节本省部存款和储蓄器空间。

系统域还负担发生进程范围的接口ID,并用来创建每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跟踪全部域,并贯彻加载和卸载应用程序域的功用。

共享域(Shared Domain)

具有不归于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于有着应用程序域的客户代码都以供给的。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牧马人运营程序进程中被先行加载到本域中。客户代码也得以被加载到那一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时选取由CLMurano宿主程序钦定的LoaderOptimization特性。调控台程序也能够加载代码到分享域中,方法是应用System.LoaderOptimizationAttribute脾性注解Main方法。分享域还管理七个利用营地址作为目录的顺序集映射图,此映射图作为处理分享程序集信任关系的查找表,那几个程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和别的在托管代码中创设的利用程序域。非分享的客商代码被加载到暗中认可域。

默认域(Default Domain)

暗中认可域是采纳程序域(AppDomain)的一个实例,日常的应用程序代码在此中运维。固然有个别应用程序须求在运营时创制额外的选取程序域(例如有个别使用插件,plug-in,布局可能举办重要的运维时期码生成工作的应用程序),半数以上的应用程序在运转时期只开创五个域。全部在这里域运营的代码都以在域等级次序上有上下文限定。如果多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。额外的域内上下文节制新闻方可利用System.ContextBoundObject派生的类型创造。各个应用程序域有和好的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还应该有温馨的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表微机和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的作用是加载不相同的运作时CLHaval零件和优化在域的方方面面生命期内设有的零器件。那么些堆的增高基于可预测块,这样能够使碎片最小化。加载器堆不一致于垃圾回笼堆(或许对称多微机上的四个堆),垃圾回笼堆保存对象实例,而加载器堆同一时间保留类型系统。平时访谈的预制零部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在多次堆上,而相当少访问的数据构造如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)的代办零件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序领悟域后,我们策动看看它们在三个归纳的应用程序的上下文中的情理细节,见 图3深入探索.NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象。。大家在程序运维时停在mc.Method1(卡塔尔(英语:State of Qatar),然后利用SOS调节和测验器扩张命令DumpDomain来输出域的消息。(请查看 Son of Strike打探SOS的加载新闻)。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();
    }
}

咱俩的控制台程序,萨姆ple1.exe,被加载到二个名称为"Sample1.exe"的应用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,不过因为它是大旨系统库,所以也在系统域中列出。每种域会分配多个频仍堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用肖似的类加载器,而私下认可应用程序使用本身的类加载器。

出口未有显得加载器堆的保留尺寸和已交给尺寸。高频堆的起初化大小是32KB,每一遍提交4KB。SOS的出口也一贯不出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。各样域有叁个接口虚表堆(简单的称呼为IVMap),由自个儿的加载器堆在域初步化阶段创立。IVMap保留大小是4KB,初步时交由4KB。大家将会在后续部分切磋项目布局时商量IVMap的意义。

图2 显示默许的过程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大指标堆(用于大小相等照旧超过85000字节的对象),它表明了那些堆和加载器堆的语义差异。即时(just-in-time, JIT)编译器发生x86指令而且保留到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笼堆。

类型原理

品种是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够动用class,struct和interface关键字张开宣示。大大多档案的次序由程序员显式创建,可是,在特意的并行操作(interop卡塔尔情况和长途对象调用(.NET Remoting)场所中,.NET CL宝马X3会隐式的发出类型,那么些产生的档案的次序满含COM和周转时可调用封装及传输代理(Runtime Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

大家经过八个包括对象援用的栈开头切磋.NET类型原理(标准地,栈是一个对象实例初始生命期的地点)。 图4中显得的代码包涵叁个回顾的主次,它有二个调节台的入口点,调用了八个静态方法。Method1创设二个SmallClass的品种实例,该项目包蕴叁个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创建对象。固然这是生龙活虎段无聊的代码,可是足以扶助我们开展商量。

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 呈现了结束在Create方法"return smallObj;" 代码行断点时的fastcall栈布局(fastcall时.NET的调用标准,它表达在恐怕的气象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相继入栈,然后由被调用函数完结出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈构造中。引用类型变量如smallObj以一定大小(4字节DWOENCORED)保存在栈中,包蕴了在平时GC堆中分红的靶子之处。对于守旧C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是指标的援用。不管怎么着,它含有了五个目的实例的地点,大家将采用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援引指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结构和堆

图片 2

诚如GC堆上的smallObj对象实例包涵叁个名叫 _largeObj 的字节数组(注意,图中显得的深浅为85016字节,是实际上的储备大小)。CLEvoque对超过或等于85000字节的对象的拍卖和小目的差别。大指标在大目的堆(LOH)上分红,而小指标在常常GC堆上创设,这样能够优化对象的分配和回笼。LOH不会收缩,而GC堆在GC回笼时开展裁减。还应该有,LOH只会在一丝一毫GC回收时被回笼。

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。每一种注解的连串有二个方法表,而相像体系的享有指标实例都照准同三个方法表。它包含了档期的顺序的性状消息(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),落成的接口数目,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。

办法表指向二个名称为EEClass的显要数据结构。在章程表成立前,CLPRADO类加载器从元数据中创设EEClass。 图4中,SmallClass的法门表指向它的EEClass。这一个组织指向它们的模块和程序集。方法表和EEClass经常分配在分享域的加载器堆。加载器堆和选用程序域关联,这里涉及的数据布局生机勃勃旦被加载到在这之中,就直到应用程序域卸载时才会消逝。况且,私下认可的利用程序域不会被卸载,所以这一个代码的生存期是停止CL汉兰达关闭截止。

目的实例

正如大家说过的,全体值类型的实例恐怕隐含在线程栈上,只怕隐含在 GC 堆上。全体的援引类型在 GC 堆大概 LOH 上开创。图 6 突显了多个优越的靶子布局。贰个对象足以因而以下路子被引述:基于栈的片段变量,在互动操作依然平台调用情况下的句柄表,寄存器(实行情势时的 this 指针和方法参数),具备终结器( finalizer )方法的目的的终结器队列。 OBJECTREF 不是指向指标实例的开首地方,而是有二个 DWOPRADOD 的偏移量( 4 字节)。此 DWOTiguanD 称为对象头,保存二个照准 SyncTableEntry 表的目录(从 1 初阶计数的 syncblk 编号。因为经过索引举行连接,所以在要求扩大表的高低时, CLWrangler能够在内部存款和储蓄器中活动那个表。 SyncTableEntry 维护多个反向的弱引用,以便 CLLacrosse能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱引用让 GC 可以在未曾此外强援用存在时回笼对象。 SyncTableEntry 还保留了二个针对性SyncBlock 的指针,包含了少之甚少需求被多个对象的具有实例使用的灵光的新闻。那么些消息包蕴对象锁,哈希编码,任何转变层 (thunking卡塔尔 数据和行使程序域的目录。对于一大半的指标实例,不会为实在的 SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,况且 syncblk 编号为 0 。那点在实施线程遭遇如 lock(obj卡塔尔(英语:State of Qatar) 可能 obj.GetHashCode 的讲话时会发生变化,如下所示:

SmallClass obj = new SmallClass()
// Do some work here
lock(obj) { /* Do some synchronized work here */ }
obj.GetHashCode();

图 6 对象实例结构
图片 3

在以上代码中, smallObj 会采取 0 作为它的苗头的 syncblk 编号。 lock 语句使得 CLRAV4 创制一个 syncblk 入口并采用相应的数值更新对象头。因为 C# 的 lock 关键字会增加为 try-finally 语句并运用 Monitor 类,五个看成同步的 Monitor 对象在 syncblk 上创建。堆 GetHashCode 的调用会利用对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互作用操作和封送委托( marshaling delegates )到非托管代码时接受,可是那和独立的靶子用项毫不相关。
品种句柄紧跟在目的实例中的 syncblk 编号后。为了保险三回九转性,小编会在证明实例变量后钻探类型句柄。实例域( Instance 田野同志)的变量列表紧跟在项目句柄后。暗中同意情况下,实例域会以内部存款和储蓄器最平价运用的措施排列,那样只供给起码的当做对齐的填充字节。图 7 的代码显示了 SimpleClass 包含有生机勃勃对例外大小的实例变量。

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,然后选拔 ECX 贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存储器窗口呈现对象实例。前 4 个字节是 syncblk 编号。因为我们从不用别样协同代码应用此实例(也未曾访谈它的哈希编码), syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向起先地点的 4 个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被二个接三个的排列在协同。七个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在合作。字符串变量 str 是壹个 4 字节的 OBJECTREF ,指向 GC 堆中抽成的实际上的字符串实例。字符串是叁个特意的门类,因为有着包蕴同样文字标志的字符串,会在前后相继集加载到进度时指向叁个大局字符串表的相似实例。这些进度称为字符串驻留( string interning ),设计目标是优化内存的利用。大家事情未发生前早就提过,在 NET Framework 1.1 中,程序集无法接受是不是使用这些进度,就算未来版本的 CLEscort恐怕会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

因而暗中认可情状下,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。在相互操作的情事下,词典顺序必须被封存到内部存款和储蓄器中,此时可以运用 StructLayoutAttribute 性情,它有几个 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,固然在 .NET Framework 1.1中,它并未有影响托管的构造(可是 .NET Framework 2.0 大概会那样做)。在相互操作的场馆下,假如您真正须求额外的填充字节和出示的调节域的相继, LayoutKind.Explicit 可以和域档次的 FieldOffset 特性一齐利用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家使用 SOS 看看对象实例。多个卓有功用的下令是 DumpHeap ,它可以列出全数的堆内容和贰个专程类型的全体实例。没有须求重视存放器, DumpHeap 能够体现我们创造的唯生龙活虎叁个实例的地址。

!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

对象的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只满含叁个DWOCR-VD 的指标引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,此外 8 个字节包涵项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj 实例的地点后,大家能够运用 DumpObj 命令输出它的从头到尾的经过,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构造使用 LayoutType.Auto (对于协会接受 LayoutType.Sequential );因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。我们得以选拔 ObjSize 来输出满含被 str 实例占用的空中,如下所示:

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

若果您从目标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的轻重缓急( 36 字节),就足以拿走 str 的大大小小,即 36 字节。让大家输出 str 实例来表达那一个结果:

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

借使您将字符串实例的大小(36字节)加上SimpleClass实例的抑扬顿挫(36字节),就足以拿走ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留意ObjSize不包涵syncblk布局占用的内部存款和储蓄器。何况,在.NET Framework 1.1中,CLEscort不清楚非托管能源占用的内部存储器,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;由此它们不会被那一个命令报告。

针对方法表的种类句柄在syncblk编号后分配。在指标实例创建前,CL中华V查看加载类型,如果未有找到,则开展加载,得到方法表地址,创制对象实例,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进行方式分派时利用途目句柄来稳固方法表。CL凯雷德在要求史能够经过艺术表反向访谈加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调试器增加程序用于本文化的呈现CLENCORE数据布局的源委,它是 .NET Framework 安装程序的一片段,坐落于 %windir%Microsoft.NETFrameworkv1.1.4322。SOS加载到进度以前,在 Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 增多 SOS.dll 所在的文本夹到PATH情形变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装贰个断点, 展开 Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中执行 .load sos.dll。使用 !help 获取调节和测量试验相关的有个别发令,关于SOS越来越多消息,参谋这里。

方法表

各类类和实例在加载到利用程序域时,会在内部存款和储蓄器中经过艺术表来表示。那是在对象的首先个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情形,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暴发的照耀到内存的元数据布局(metadata structures)。方法表包蕴的消息和外挂的音信能够透过System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中得以因此Type.RuntimeTypeHandle属性拿到。对象实例蕴涵的品类句柄指向方法表伊始地方的摇荡处,偏移量暗中认可情状下是12字节,包含了GC消息。大家不希图在这里间对其打开座谈。

图 9 呈现了办法表的卓尔不群布局。大家会申明项目句柄的一些人命关天的域,不过对于截然的列表,请参见此图。让咱们从基实例大小(Base Instance Size)发轫,因为它直接关系到运营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括的对象的朗朗上口,基于代码中宣示的域。从前早就研商过,当前GC的贯彻供给贰个最少12字节的对象实例。假诺叁个类未有概念任何实例域,它最少含有额外的4个字节。别的的8个字节被对象头(恐怕包括syncblk编号)和体系句柄占用。再说二次,对象的高低会遭到StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中显得的MyClass(有多少个接口)的形式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的输出进行比较。在图9中,对象大小位于4字节的挥舞处,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

措施槽表(Method Slot Table)

在艺术表中包罗了三个槽表,指向各样艺术的叙说(MethodDesc),提供了等级次序的行为技艺。方法槽表是基于方法实现的线性链表,遵照如下顺序排列:继承的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在这里时此刻类,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,它替换全部的被隐蔽的虚方法和被埋伏的父类方法,创制新的槽,在急需时复制槽。槽复制是要求的,它能够让各类接口有谈得来的一丝一毫的vtable。可是被复制的槽指向同风流倜傥的大意实现。MyClass满含接口方法,二个类构造函数(.cctor)和指标构造函数(.ctor)。对象布局函数由C#编写翻译器为具备未有显式定义布局函数的对象自动生成。因为大家定义并开头化了三个静态变量,编写翻译器会生成三个类构造函数。图10展现了MyClass的法子表的构造。布局展现了拾三个艺术,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,下边大家会进行研讨。图11显示了MyClass的措施表的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()

其他类型的发端4个方式总是ToString, Equals, GetHashCode, and Finalize。那个是从System.Object继承的虚方法。Method2槽被举办了复制,不过都对准相符的主意描述。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意气风发组。

措施描述(MethodDesc)

办法描述(MethodDesc)是CLSportage知道的办法实现的二个封装。有三种档案的次序的点子描述,除了用于托管完成,分别用于分歧的互相操作实现的调用。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产生,发轫化为指向IL。每一个方法描述饱含二个预编写翻译代理(PreJitStub),负担触发JIT编写翻译。图12呈现了多个优质的构造,方法表的槽实际上指向代理,并非实在的方法描述数据构造。对于实际的法子描述,那是-5字节的摇动,是各种方法的8个附加字节的意气风发有个别。那5个字节包涵了调用预编写翻译代理程序的授命。5字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从观看,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前面包车型地铁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,饱含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的职务跳转指令覆盖。

图 12方式描述

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图12的秘诀表槽指向的代码举办反汇编,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

现行反革命大家试行此措施,然后反汇编相符之处:

!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

在这里地点,独有初始5个字节是代码,剩余字节包涵了Method2的秘诀描述的数据。“!u”命令不驾驭那或多或少,所以生成的是无规律的代码,你能够忽视5个字节后的保有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术实现的相持虚地址(Relative Virtual Address ,君越VA)。此域用作标识,表示是还是不是IL。在按必要编写翻译后,CLTiggo使用编译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中甄选多个,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,方法描述的源委如下:

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

艺术的这些标记域的编码包括了艺术的项目,比如静态,实例,接口方法或许COM完毕。让大家看方法表别的三个繁缛的上边:接口完结。它包裹了结构进度具备的纷纭,让托管碰到以为那或多或少看起来大约。然后,大家将评释接口怎么样进展架商谈基于接口的章程分派的合适专门的职业办法。

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

在措施表的第12字节偏移处是叁个重中之重的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个用到程序域档案的次序的映射表,该表以进度层次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第叁回加载时成立。每一种接口的贯彻都在接口虚表中有叁个记下。固然MyInterface1被七个类完成,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开端地点,如图9所示。那是接口方法分派发生时接受的引用。接口虚表是依据方法表内含的接口图消息成立,接口图在方式表构造进度中基于类的元数据创建。大器晚成旦类型加载成功,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措施表中的接口新闻记录。在此种景色下,对MyClass完成的四个接口中的每叁个都有两条记下。第一条接口音信记录的伊始4个字节指向MyInterface1的品种句柄(见图9图10)。接着的WOEnclaveD(2字节)被贰个注解占用(0意味从父类派生,1意味由近来类完毕)。在申明后的WO普拉多D是一个伊始槽(Start Slot),被类加载器用来构造接口实现的子表。对于MyInterface2,早先槽的值为4(从0起始编号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,最早槽的值为6,所以槽7和8指向完毕。类加载器会在须要时复制槽来发出如此的作用:每一个接口有协和的贯彻,不过物理映射到同样的方式描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向雷同的兑现。

依附接口的艺术分派通过接口虚表实行,而直白的不二等秘书籍分派通过保留在种种槽的形式描述地址实行。如以前聊起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最初2个参数在只怕的时候平日通过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的率先个参数总是this指针,所以经过ECX存放器传送,能够在“mov ecx,esi”语句见到那或多或少:

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

那么些反汇编显示了一贯调用MyClass的实例方法未有动用偏移。JIT编写翻译器把办法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,和直接分派相比较必要某些附加的指令。四个发令用来赢得接口虚表的地址,另三个赢得形式槽表中的接口达成的起先槽。並且,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”使用三个发令把mc的靶子援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

当今大家看看虚分派,况兼和依照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牢固的槽编号产生,和办法表指针在一定的类(类型)完成档期的顺序非亲非故。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑今世替父类的得以完毕。结果,对父对象的不二秘籍调用被分派到子对象的落到实处。反汇编展现了分派通过8号槽产生,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的出口看见那一点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是艺术表数据布局的要紧组成都部队分。作为艺术表的风姿洒脱部分,它们分配在章程表的槽数组后。全体的原来静态类型是内联的,而对此协会和援引的项指标静态值对象,通在句柄表中开创的对象征引来针对。方法表中的目的援引指向应用程序域的句柄表的靶子引用,它引用了堆上创制的对象实例。风流罗曼蒂克旦创设后,句柄表内的指标援引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指向句柄表的靶子引用,前面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表成立前起首生活,它和章程表组成起来,是体系评释的CL奥德赛版本。实际上,EEClass和措施表逻辑上是一个数据构造(它们一齐表示二个品类),只不过因为运用频度的不如而被分手。日常使用的域放在方法表,而失常应用的域在EEClass中。那样,须要被JIT编译函数使用的音讯(如名字,域和摇头)在EEClass中,但是运维时索要的音讯(如虚表槽和GC新闻)在措施表中。

对每一个类型会加载两个EEClass到使用程序域中,包蕴接口,类,抽象类,数组和组织。种种EEClass是三个被执行引擎追踪的树的节点。CL君越使用这么些网络在EEClass构造中浏览,其目标满含类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于世襲等级次序建设构造,而父-子关系基于接口档期的顺序和类加载顺序的重新组合。在实行托管代码的进度中,新的EEClass节点被投入,节点的涉嫌被增加补充,新的涉及被确立。在互连网中,相邻的EEClass还应该有四个等级次序的关联。EEClass有几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只显示了和这几个商讨有关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家未有在图中伏贴显示偏移。EEClass有一个直接的对于措施表的引用。EEClass也针对在暗许使用程序域的反复堆分配的秘诀描述块。在格局表创制时,对进程堆上分配的域描述列表的二个援用提供了域的构造音讯。EEClass在运用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的开展内部存款和储蓄器分页管理,由此缩短了劳作集。

图13 EEClass 布局

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图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的意思不言而喻。我们后日看看使用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,运营图3的次第。首先应用命令Name2EE得到MyClass的EEClass的地点。

!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。今后我们获得了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的出口看起来完全意气风发致。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。从相邻链指向名字为Program的EEClass,能够了然图13呈现的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的法子)。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以为是虚函数并投入到列表中。把.cctor和.ctor到场到列表中,你会赢得总共12个办法。最后列出的是类的多少个静态域。MyClass未有实例域。此外域无庸赘述。

结论

大家关于CL牧马人一些最根本的内在的探究旅程终于终止了。分明,还会有相当多主题材料亟需涉及,并且须求在越来越深的层系上探讨,然而大家希望这能够帮忙你看来东西如何是好事。这里提供的多数的新闻或许会在.NET框架和CLMurano的新生版本中改造,不过尽管本文提到的CLENVISION数据构造恐怕改造,概念应该维持不改变。

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