SOS能够精晓CLWrangler内部的数据结构

SOS能够理解CLR内部的数据结构

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿宣布日期: 9/19/二〇〇七
原稿已经被 Microsoft
删除了,搜集进程中窥见非常多稿子图都不全,那是因为原来的文章的图都不全,所以特收罗完整全文。

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)。

因为国有语言运转时(CLHuracán)就要成为在Windows上创制应用程序的主演级基础架构,
多通晓点关于CL宝马7系的纵深认知会支援你营造高速的, 工业级健壮的应用程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,调查CLTiggo的内在精神, 包蕴对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的摊派, 和美妙绝伦标数额结构.

大家会使用由C#写成的极其轻易的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援用都以以C#言语为目的的.
商量的有的数据结谈判算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改换,
不过绝大相当多的概念是不会变的. 大家会采取Visual Studio® .NET 二〇〇二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数目结构.
SOS能够精晓CLLacrosse内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
大家会商量在Shared Source CLI(SSCLI)中保有相关落实的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会帮忙你在探求一些组织的时候到SSCLI中的音信.

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

在我们伊始前,请小心:本文提供的新闻只对在X86平台上运行的.NET Framework
1.1灵光(对于Shared Source CLI
1.0也非常多适用,只是在好几交互操作的情事下必须小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改换,所以请不要在构建软件时信赖于这么些内部结构的不改变性。

CL瑞虎运行程序(Bootstrap)成立的域

在CL奥迪Q7实践托管代码的首先行代码前,会创制多少个使用程序域。个中八个对于托管代码以至CL昂科雷宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLRubicon运行进度创造,而提供CL安德拉运营进度的是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),都以行使了单件(Singleton)格局。第4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CL索罗德宿主程序,比如调节台程序,默许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运用AppDomain.CreateDomain方法创立,或然在非托管的代码中运用ICO冠道RuntimeHost接口创造。复杂的宿主程序,比如ASP.NET,对于特定的网址会依据应用程序的数额创立多个域。

图 2 由CLR运行程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担当创造和初步化分享域和暗许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,况且爱戴进度范围里边使用的隐含或许显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的八个优化性格,它的管理办法显得略微昏头转向,因为CL翼虎未有给程序集机遇选用此脾气。就算如此,由于在具有的采纳程序域中对多个一定的标识只保留一个相应的字符串,此特性能够节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还担当产生进度范围的接口ID,并用来创设每种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进程中保障追踪全体域,并贯彻加载和卸载应用程序域的意义。

共享域(Shared Domain)

具备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用户代码都是少不了的。它会被电动加载到分享域中。系统命名空间的主导类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLCayman运行程序过程中被先行加载到本域中。用户代码也能够被加载到这几个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时采用由CL福睿斯宿主程序钦赐的LoaderOptimization性子。调整台程序也足以加载代码到分享域中,方法是选用System.LoaderOptimizationAttribute个性注明Main方法。分享域还管理四个采用营地址作为目录的先后集映射图,此映射图作为管理分享程序集重视关系的查找表,那几个程序集被加载到暗许域(DefaultDomain)和别的在托管代码中创制的采用程序域。非分享的用户代码被加载到私下认可域。

默认域(Default Domain)

暗许域是接纳程序域(AppDomain)的一个实例,一般的应用程序代码在里边运转。就算某些应用程序须求在运作时创设额外的采纳程序域(举例有个别使用插件,plug-in,框架结构大概实行重要的运转时期码生成工作的应用程序),超过四分之一的应用程序在运作期间只开创多个域。全部在此域运转的代码都以在域档案的次序上有上下文限制。假若多个应用程序有八个应用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制音讯方可利用System.ContextBoundObject派生的品种成立。每种应用程序域有温馨的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和默许上下文(DefaultContext),还大概有温馨的加载器堆(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异的运营时CL奥德赛部件和优化在域的漫天生命期内设有的构件。那些堆的增高基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆分化于垃圾回收堆(大概对称多管理器上的五个堆),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。平时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,而比较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问安全性(code
access security, CAS)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档次理解域后,大家计划看看它们在贰个简短的应用程序的光景文中的概略细节,见
图3。我们在程序运维时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测验器扩张命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
摸底SOS的加载新闻)。这里是编写后的输出:

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();
    }
}

我们的调整台程序,Sample1.exe,被加载到贰个名称叫”Sample1.exe”的施用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,可是因为它是骨干系统库,所以也在系统域中列出。每一种域会分配二个反复堆,低频堆和代理堆。系统域和分享域使用同一的类加载器,而暗许应用程序使用本身的类加载器。

出口未有出示加载器堆的保存尺寸和已提交尺寸。高频堆的伊始化大小是32KB,每一回提交4KB。SOS的出口也绝非体现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一种域有贰个接口虚表堆(简称为IVMap),由本人的加载器堆在域开首化阶段创设。IVMap保留大小是4KB,初阶时交由4KB。大家将会在承继部分研讨项目布局时斟酌IVMap的意义。

图2
展现私下认可的历程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大指标堆(用于大小约等于依旧超越8陆仟字节的对象),它表明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堆和大指标堆是用于托管对象实例化的排放物回收堆。

品类原理

类型是.NET编程中的基本单元。在C#中,类型能够动用class,struct和interface关键字张开宣示。大好多档案的次序由程序猿显式成立,不过,在特别的相互操作(interop)情状和长距离对象调用(.NET
Remoting)地方中,.NET
CLPRADO会隐式的发生类型,这几个产生的类型涵盖COM和周转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

我们通过一个富含对象引用的栈起头研究.NET类型原理(标准地,栈是三个对象实例开端生命期的地方)。
图4中显得的代码富含一个大约的程序,它有一个控制台的入口点,调用了一个静态方法。Method1开立八个SmallClass的连串实例,该项目涵盖多个字节数组,用于演示怎样在大指标堆创立对象。就算那是一段无聊的代码,不过能够支持咱们实行探究。

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 显示了甘休在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它证明在大概的景象下将函数参数通过存放器传递,而其他参数依据从右到左的顺序入栈,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以定点大小(4字节DWOEscortD)保存在栈中,包括了在一般GC堆中分配的对象的地方。对于价值观C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是指标的引用。不管怎么着,它富含了多个目的实例的地方,我们将应用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援引指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结议和堆

图片 2

诚如GC堆上的smallObj对象实例包涵一个名称为 _largeObj
的字节数组(注意,图中展现的深浅为85016字节,是实际上的储备大小)。CL福特Explorer对超过或等于8四千字节的指标的拍卖和小指标不相同。大指标在大指标堆(LOH)上分红,而小指标在相似GC堆上制造,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会缩减,而GC堆在GC回收时张开压缩。还恐怕有,LOH只会在完全GC回收时被回收。

smallObj的靶子实例包括类型句柄(TypeHandle),指向对应档期的顺序的方法表。每种注脚的类型有三个方法表,而同一档案的次序的持有指标实例都对准同多少个方法表。它富含了项指标特征消息(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),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,指向相应达成的槽表。

艺术表指向三个名称为EEClass的机要数据结构。在章程表成立前,CLTucson类加载器从元数据中创制EEClass。
图4中,SmallClass的点子表指向它的EEClass。那一个构造指向它们的模块和次序集。方法表和EEClass一般分配在分享域的加载器堆。加载器堆和动用程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到里面,就直到应用程序域卸载时才会未有。而且,默许的使用程序域不会被卸载,所以这几个代码的生存期是甘休CL大切诺基关闭截止。

对象实例

正如笔者辈说过的,全体值类型的实例可能隐含在线程栈上,恐怕隐含在 GC
堆上。全数的援引类型在 GC 堆也许 LOH 上创办。图 6
彰显了贰个特出的对象布局。二个目的足以因此以下门路被援引:基于栈的部分变量,在竞相操作依旧平台调用意况下的句柄表,贮存器(施行办法时的
this 指针和方法参数),具有终结器( finalizer )方法的目的的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的上马地点,而是有八个 DWOEvoqueD 的偏移量( 4
字节)。此 DWO奥迪Q7D 称为对象头,保存贰个对准 SyncTableEntry 表的目录(从 1
初步计数的 syncblk
编号。因为经过索引举办连接,所以在必要扩充表的分寸时, CLOdyssey能够在内部存款和储蓄器中活动那一个表。 SyncTableEntry 维护三个反向的弱引用,以便 CL奥迪Q5可以追踪 SyncBlock 的全体权。弱援用让 GC
能够在并未有别的强援用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了二个针对性
SyncBlock
的指针,包罗了比相当少须求被三个对象的具有实例使用的灵光的消息。这个新闻富含对象锁,哈希编码,任何调换层
(thunking) 数据和使用程序域的目录。对于半数以上的对象实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,而且 syncblk 编号为 0 。这点在推行线程碰着如
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 会选拔 0 作为它的序曲的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL途达 创设三个 syncblk 入口并应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 语句并选取 Monitor 类,二个当作同步的
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 中有其余的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时行使,但是那和规范的对象用处无关。
类型句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了维持延续性,小编会在表达实例变量后研讨类型句柄。实例域(
Instance 田野(field))的变量列表紧跟在等级次序句柄后。暗中认可意况下,实例域会以内部存款和储蓄器最管用使用的法子排列,那样只必要最少的作为对齐的填充字节。
7
的代码呈现了 SimpleClass 富含有一点点两样尺寸的实例变量。

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 调节和测量试验器的内存窗口中的一个 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
寄放器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口显示对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为大家从未用别样共同代码应用此实例(也从未访谈它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的靶子实例,指向开头地点的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被贰个接一个的排列在一同。三个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一块儿。字符串变量 str 是叁个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的莫过于的字符串实例。字符串是多个极度的档案的次序,因为具有包含同样文字标志的字符串,会在先后集加载到进度时指向叁个大局字符串表的平等实例。那个历程称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的应用。我们事先曾经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能够选用是还是不是选取那些历程,固然未来版本的 CL本田CR-V或许会提供那样的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

故而暗中同意景况下,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。在交互操作的动静下,词典顺序必须被保存到内部存款和储蓄器中,那时能够选用StructLayoutAttribute 本性,它有叁个 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,纵然在 .NET Framework 1.1中,它从未影响托管的布局(然而 .NET Framework 2.0
只怕会这么做)。在交互操作的意况下,要是你确实供给卓越的填充字节和呈现的调节域的顺序,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 菲尔德Offset 天性一齐行使。

看完底层的内存内容后,我们应用 SOS 看看对象实例。一个得力的一声令下是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和多个特别类型的有着实例。无需重视寄放器,
DumpHeap 能够来得大家成立的当世无双三个实例的地点。

!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 的实例只含有四个DWO瑞虎D 的目的援用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,别的 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,大家能够利用 DumpObj 命令输出它的原委,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

正如在此以前说过, C# 编译器对于类的暗许布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会选择 LayoutType.Sequential
);因而类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。我们得以动用 ObjSize
来输出满含被 str 实例占用的上空,如下所示:

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

比方您从指标图的全局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的高低( 36
字节),就足以获取 str 的大小,即 36 字节。让大家输出 str
实例来申明这些结果:

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

要是您将字符串实例的轻重(36字节)加上SimpleClass实例的高低(36字节),就能够赢得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请留意ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
1.第11中学,CL卡宴不明了非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;由此它们不会被那些命令报告。

本着方法表的类型句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创造前,CL奥德赛查看加载类型,如果未有找到,则实行加载,得到方法表地址,创建对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编译器发生的代码在进展艺术分派时利用项目句柄来恒定方法表。CL奥迪Q5在急需史能够经过措施表反向访谈加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量检验器扩充程序用于本文化的呈现CL哈弗数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的一片段,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程此前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测验。 增多 SOS.dll
所在的文本夹到PATH意况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装二个断点, 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一部分指令,关于SOS更加多新闻,参照他事他说加以考察这里

方法表

各样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经过艺术表来表示。那是在对象的率先个实例创立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情状,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)。方法表包涵的音信和外挂的音讯方可经过System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中得以因而Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例饱含的品类句柄指向方法表先导地点的撼动处,偏移量默许处境下是12字节,富含了GC消息。大家不准备在此间对其开始展览商量。

图 9
展现了章程表的顶尖布局。大家会阐明项目句柄的有的至关心重视要的域,然则对于截然的列表,请仿效此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)初步,因为它一贯关联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计算的对象的分寸,基于代码中宣称的域。在此以前曾经商讨过,当前GC的贯彻供给二个起码12字节的对象实例。要是一个类未有概念任何实例域,它至少含有额外的4个字节。别的的8个字节被对象头(也许含有syncblk编号)和品种句柄占用。再说叁次,对象的轻重缓急会受到StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中呈现的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
二〇〇三内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出进行相比。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)

在形式表中包罗了五个槽表,指向各种艺术的叙说(MethodDesc),提供了等级次序的行为技艺。方法槽表是基于方法完毕的线性链表,遵照如下顺序排列: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,然后创造方法表。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,制造新的槽,在急需时复制槽。槽复制是必备的,它能够让各样接口有温馨的细微的vtable。然则被复制的槽指向平等的物理实现。MyClass包蕴接口方法,三个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为保有没有显式定义构造函数的靶子自动生成。因为大家定义并初叶化了三个静态变量,编写翻译器会扭转一个类构造函数。图10来得了MyClass的秘籍表的布局。布局展现了10个办法,因为Method2槽为接口IVMap实行了复制,下边大家会开展斟酌。图11显示了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()

别的项目标初叶4个点子总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那个是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被开始展览了复制,不过都对准同样的措施描述。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。

方法描述(MethodDesc)

艺术描述(MethodDesc)是CL奥迪Q7知道的主意完毕的贰个装进。有两种档期的顺序的秘诀描述,除了用于托管完毕,分别用于区别的互相操作达成的调用。在本文中,我们只考察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载过程中产生,起始化为指向IL。每一种方法描述富含贰个预编写翻译代理(PreJitStub),负担触发JIT编写翻译。图12来得了二个独立的布局,方法表的槽实际上指向代理,并非事实上的法子描述数据结构。对于实际的办法描述,那是-5字节的挥动,是各样方法的8个叠合字节的一局地。这5个字节包括了调用预编译代理程序的一声令下。5字节的偏移能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的地点后边的5个字节。在首先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译完结后,包括调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的无需付费跳转指令覆盖。

图 12方法描述

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图12的措施表槽指向的代码举行反汇编,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

今后我们试行此办法,然后反汇编同样的地址:

!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,唯有初始5个字节是代码,剩余字节包罗了Method2的章程描述的数目。“!u”命令不精晓那点,所以生成的是无规律的代码,你可以忽略5个字节后的有所东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术达成的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,LX570VA)。此域用作标识,表示是或不是IL。在按须求编写翻译后,CLWrangler使用编写翻译后的代码地址更新此域。让我们从列出的函数中甄选一个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编译前后的法子描述的剧情:

!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

艺术的那个标记域的编码满含了法子的项目,举例静态,实例,接口方法可能COM实现。让大家看方法表其余多个繁杂的上面:接口达成。它包裹了布局进度具备的纷纭,让托管情形感觉那或多或少看起来大致。然后,大家将注解接口怎么着进展示公布局和基于接口的章程分派的适用职业办法。

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

在措施表的第12字节偏移处是叁个根本的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个选用程序域档次的映射表,该表以进程档案的次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第叁次加载时创立。每一个接口的落到实处都在接口虚表中有多少个笔录。假若MyInterface1被五个类达成,在接口虚表表中就有三个记录。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。那是接口方法分派发生时使用的引用。接口虚表是依靠方法表内含的接口图音信制造,接口图在措施表布局进度中基于类的元数据创造。一旦类型加载成功,唯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新闻记录。在这种气象下,对MyClass完成的八个接口中的每多个都有两条记下。第一条接口音讯记录的发端4个字节指向MyInterface1的门类句柄(见图9图10)。接着的WORubiconD(2字节)被一个注解占用(0代表从父类派生,1代表由近年来类达成)。在评释后的WOENVISIOND是七个开首槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口完成的子表。对于MyInterface2,开端槽的值为4(从0早先编号),所以槽5和6指向完结;对于MyInterface2,初叶槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在急需时复制槽来发生那样的功用:每种接口有温馨的落到实处,不过物理映射到均等的措施描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向同样的兑现。

凭仗接口的章程分派通过接口虚表进行,而直接的措施分派通过保留在一一槽的艺术描述地址实行。如以前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,开首2个参数在只怕的时候一般经过ECX和EDX存放器传递。实例方法的率先个参数总是this指针,所以经过ECX贮存器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到这点:

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,和一直分派相比需求部分万分的下令。三个下令用来得到接口虚表的地址,另一个得到格局槽表中的接口完结的发端槽。并且,把多少个目的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”使用贰个下令把mc的靶子援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

现行反革命大家看看虚分派,并且和基于接口的摊派实行相比。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

虚分派总是通过二个稳住的槽编号产生,和措施表指针在一定的类(类型)实现档案的次序非亲非故。在措施表布局时,类加载器用覆盖的子类的落到实处替代父类的落到实处。结果,对父对象的秘诀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的出口看到那或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是措施表数据结构的机要组成部分。作为艺术表的一局地,它们分配在艺术表的槽数组后。全体的固有静态类型是内联的,而对于组织和引用的类其他静态值对象,通在句柄表中创立的靶子援引来针对。方法表中的对象援用指向应用程序域的句柄表的目的援用,它援用了堆上创制的目的实例。一旦创造后,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指向句柄表的对象援引,前者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在艺术表创制前早先生活,它和情势表组成起来,是项目表明的CL智跑版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是叁个数据结构(它们一齐表示三个项目),只不过因为使用频度的不及而被分手。日常选择的域放在方法表,而不平日选择的域在EEClass中。那样,要求被JIT编译函数使用的消息(如名字,域和偏移)在EEClass中,可是运转时必要的新闻(如虚表槽和GC消息)在措施表中。

对每二个项目会加载三个EEClass到利用程序域中,包括接口,类,抽象类,数组和结构。各种EEClass是叁个被施行引擎追踪的树的节点。CLWrangler使用那么些互联网在EEClass结构中浏览,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-父关系基于承接档次建设构造,而父-子关系基于接口档案的次序和类加载顺序的三结合。在举行托管代码的长河中,新的EEClass节点被投入,节点的关联被补充,新的关系被确立。在互联网中,相邻的EEClass还会有一个程度的涉嫌。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只显示了和那些研究有关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,大家一贯不在图中安妥展现偏移。EEClass有三个间接的对于措施表的引用。EEClass也本着在暗中同意使用程序域的屡次堆分配的情势描述块。在章程表创设时,对进程堆上分配的域描述列表的二个援引提供了域的布局新闻。EEClass在运用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的拓展内部存款和储蓄器分页管理,由此降低了劳作集。

图13 EEClass 布局

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图13中的另外域在MyClass(图3)的上下文的意思不言而喻。我们将来看看使用SOS输出的EEClass的真的的大要内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运维图3的次序。首先应用命令Name2EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第三个参数时模块名,能够从DumpDomain命令得到。今后大家获得了EEClass的地址,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。从相邻链指向名叫Program的EEClass,能够知道图13显得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的点子)。即使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参与到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会获得总共十一个方法。最终列出的是类的三个静态域。MyClass未有实例域。其余域无庸赘述。

结论

咱俩关于CLENCORE一些最重大的内在的探寻旅程终于结束了。鲜明,还会有非常多标题亟需涉及,并且亟需在更加深的档期的顺序上探究,不过大家期望那足以扶持您看看东西如何是好事。这里提供的洋洋的音讯可能会在.NET框架和CLOdyssey的新兴版本中改换,可是固然本文提到的CLLX570数据结构恐怕改变,概念应该维持不改变。