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原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原著发布日期: 9/19/2006
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜罗进度中开采大多篇章图都不全,那是因为原作的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 对象布局和内部存储器细节。
  • 主意表布局。
  • 艺术分派(Method dispatching)。

因为国有语言运维时(CLTiguan)将在成为在Windows上成立应用程序的主演级基础架构,
多通晓点关于CLCR-V的吃水认知会推搡你创设高效的, 工业级健壮的利用程序.
在那篇作品中, 大家会浏览,考察CL大切诺基的内在精神, 包蕴对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分摊, 和形形色色的多少结构.

大家会采取由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#语言为对象的.
斟酌的有的数据结商谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中退换,
可是好些个的定义是不会变的. 大家会动用Visual Studio® .NET 贰零零三Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数码结构.
SOS能够领会CL逍客内部的数据结构, 能够dump出有用的音信. 通篇,
我们会研商在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 会支持你在探索一些布局的时候到SSCLI中的消息.

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

在我们开端前,请留心:本文提供的新闻只对在X八6平台上运行的.NET Framework
一.1使得(对于Shared Source CLI
一.0也大多适用,只是在少数交互操作的动静下必须注意例外),对于.NET
Framework
二.0会有改观,所以请不要在塑造软件时注重于那几个内部结构的不改变性。

CL中华V运转程序(Bootstrap)创立的域

在CL兰德Kuga试行托管代码的率先行代码前,会成立四个利用程序域。当中几个对于托管代码以至CLSportage宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLLAND运转进程创造,而提供CL奇骏运营进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多处理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那一个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都是行使了单件(Singleton)格局。第多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奥迪Q5宿主程序,举个例子调控台程序,暗中认可的域名由可施行映象文件的名字组成。其余的域能够在托管代码中央银行使AppDomain.CreateDomain方法成立,或许在非托管的代码中动用ICO大切诺基RuntimeHost接口成立。复杂的宿主程序,举个例子ASP.NET,对于特定的网址会依赖应用程序的多少制造多个域。

图 2 由CL中华V运转程序创造的域 ↓

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系统域(System Domain)

系统域担当创立和起先化共享域和私下认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且珍爱进度范围之中选用的隐含只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
一.1中的一个优化个性,它的拍卖措施显得有一点点昏头转向,因为CLOdyssey未有给程序集机会选取此性情。纵然如此,由于在具备的施用程序域中对叁个特定的暗号只保留三个应和的字符串,此本性能够省去内部存款和储蓄器空间。

系统域还担任发生进程范围的接口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。系统域在经过中保持追踪全部域,并贯彻加载和卸载应用程序域的法力。

共享域(Shared Domain)

富有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以必不可缺的。它会被电动加载到共享域中。系统命名空间的中坚项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLSportage运转程序进度中被先行加载到本域中。用户代码也得以被加载到这一个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时利用由CLQashqai宿主程序钦点的LoaderOptimization个性。调控台程序也能够加载代码到共享域中,方法是接纳System.LoaderOptimizationAttribute性情证明Main方法。共享域还管理1个利用集散地址作为目录的主次集映射图,此映射图作为管理共享程序集信赖关系的查找表,那一个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施用程序域。非共享的用户代码被加载到暗中同意域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是利用程序域(AppDomain)的3个实例,一般的应用程序代码在里头运维。固然某些应用程序须要在运作时成立额外的施用程序域(比如有些使用插件,plug-in,架构或然拓展第3的运维时代码生成专业的应用程序),超越五成的应用程序在运作期间只开创三个域。全数在此域运维的代码都以在域档次上有上下文限制。假诺1个应用程序有四个应用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制新闻可以利用System.ContextBoundObject派生的连串创立。每一个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),还应该有团结的加载器堆(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)

加载器堆的效应是加载不一样的运维时CLHummerH二部件和优化在域的任何生命期内设有的构件。这个堆的升高基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆分歧于垃圾回收堆(也许对称多管理器上的多个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同期保留类型系统。日常访问的预制构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在反复堆上,而较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)。

从高等级次序了然域后,我们筹划看看它们在叁个简练的应用程序的光景文中的物理细节,见
图3。大家在程序运维时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测试器增添命令DumpDomain来输出域的消息。(请查看
Son of
Strike
刺探SOS的加载新闻)。这里是编写后的出口:

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();
    }
}

作者们的调整台程序,萨姆ple壹.exe,被加载到一个名称为”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。每一种域会分配一个反复堆,低频堆和代办堆。系统域和共享域使用同一的类加载器,而默许应用程序使用自个儿的类加载器。

输出没有出示加载器堆的保留尺寸和已交由尺寸。高频堆的初阶化大小是32KB,每一遍提交4KB。SOS的出口也绝非显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。各样域有贰个接口虚表堆(简称为IVMap),由自个儿的加载器堆在域开头化阶段成立。IVMap保留大小是4KB,开端时交由4KB。大家将会在三番五次部分探讨项目布局时探讨IVMap的意义。

图2
显示暗中认可的进度堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大目的堆(用于大小也就是仍然当先八四千字节的对象),它注解了这么些堆和加载器堆的语义差距。即时(just-in-time,
JIT)编译器产生x八陆指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用于托管对象实例化的废物回收堆。

体系原理

类型是.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。大许多档案的次序由工程师显式创制,然则,在专门的互相操作(interop)情状和长途对象调用(.NET
Remoting)场地中,.NET
CL科雷傲会隐式的发出类型,那几个产生的品种涵盖COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩因此八个包括对象引用的栈开头斟酌.NET类型原理(标准地,栈是二个目的实例开端生命期的地点)。
图4中显示的代码蕴涵3个简易的次第,它有二个调节台的入口点,调用了二个静态方法。Method一开立三个SmallClass的品类实例,该类型涵盖3个字节数组,用于演示怎样在大目的堆成立对象。固然这是1段无聊的代码,不过足以协助大家开始展览探究。

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 显示了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用规范,它申明在或然的情况下将函数参数通过寄存器传递,而任何参数依据从右到左的依次入栈,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。引用类型变量如smallObj以稳固大小(4字节DWOLacrosseD)保存在栈中,包括了在相似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,它是目的的引用。不管如何,它含有了七个对象实例的地点,大家将运用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结议和堆

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一般GC堆上的smallObj对象实例包含2个名称叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中展现的轻重缓急为8501陆字节,是实际上的储备大小)。CL奥迪Q7对抢先或等于八五千字节的靶子的处理和小指标不一样。大目的在大目的堆(LOH)上分红,而小目的在形似GC堆上成立,那样能够优化对象的分红和回收。LOH不会削减,而GC堆在GC回收时开始展览压缩。还也有,LOH只会在一起GC回收时被回收。

smallObj的对象实例包涵类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。各个表明的连串有三个方法表,而同等品种的全数目的实例都针对同二个方法表。它涵盖了品种的性子消息(接口,抽象类,具体类,COM封装和代理),完结的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应实现的槽表。

格局表指向3个名称叫EEClass的根本数据结构。在艺术表成立前,CLWrangler类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的点子表指向它的EEClass。这么些组织指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass一般分配在共享域的加载器堆。加载器堆和应用程序域关联,这里提到的数据结构一旦被加载到内部,就直到应用程序域卸载时才会不复存在。而且,暗许的采纳程序域不会被卸载,所以这一个代码的生存期是截止CL揽胜关闭截止。

目的实例

正如我们说过的,全部值类型的实例或然隐含在线程栈上,可能隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆只怕 LOH 上成立。图 6
展现了三个非凡的对象布局。1个对象能够透过以下路子被引用:基于栈的局地变量,在竞相操作依然平台调用情形下的句柄表,寄存器(试行办法时的
this 指针和办法参数),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启幕地点,而是有三个 DWOPRADOD 的偏移量( 肆字节)。此 DWOLacrosseD 称为对象头,保存二个针对性 SyncTableEntry 表的目录(从 1开头计数的 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, CLRAV4能够在内存中活动那些表。 SyncTableEntry 维护2个反向的弱引用,以便 CL景逸SUV能够追踪 SyncBlock 的全体权。弱引用让 GC
能够在一贯不任何强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了1个针对性
SyncBlock
的指针,包罗了异常少要求被一个对象的具备实例使用的管用的新闻。那个新闻包罗对象锁,哈希编码,任何转换层
(thunking) 数据和选拔程序域的目录。对于很多的指标实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存储器,而且 syncblk 编号为 0 。那点在实行线程际遇如
lock(obj) 大概 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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在以上代码中, smallObj 会动用 0 作为它的开场的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLEvoque 创制三个 syncblk 入口并采取相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩大为 try-finally 语句并使用 Monitor 类,多少个当做同步的
Monitor 对象在 syncblk 上开创。堆 GetHashCode
的调用会利用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 )到非托管代码时采纳,可是那和标准的靶子用处无关。
连串句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了维持再三再四性,作者会在验证实例变量后斟酌类型句柄。实例域(
Instance 田野先生)的变量列表紧跟在档案的次序句柄后。暗中认可景况下,实例域会以内部存储器最有效采纳的不2秘技排列,那样只须要最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码彰显了 SimpleClass 包涵有1部分例外尺寸的实例变量。

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 呈现了在 Visual Studio 调试器的内部存储器窗口中的3个 SimpleClass
对象实例。我们在图 七 的 return 语句处设置了断点,然后接纳 ECX
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口展现对象实例。前 四 个字节是 syncblk
编号。因为我们未有用别样共同代码应用此实例(也绝非访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向起先地点的 6个字节的偏移处。字节变量 b1,b二,b三 和 b肆 被1个接叁个的排列在1道。多少个short 类型变量 s一 和 s2 也被排列在一齐。字符串变量 str 是2个 四 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的实际的字符串实例。字符串是一个特地的类型,因为有着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一个大局字符串表的均等实例。那几个进程称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的应用。大家事先早已提过,在 NET
Framework 一.1 中,程序集无法选用是或不是选择那么些进程,就算未来版本的 CLEnclave恐怕会提供那样的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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所以私下认可处境下,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。在竞相操作的情形下,词典顺序必须被保存到内部存款和储蓄器中,那时能够利用
StructLayoutAttribute 本性,它有三个 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,固然在 .NET Framework 1.1中,它从不影响托管的布局(不过 .NET Framework 2.0
大概会这么做)。在竞相操作的图景下,如若您真的要求非凡的填充字节和展现的调控域的依次,
LayoutKind.Explicit 可以和域档次的 FieldOffset 本性一齐利用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家利用 SOS 看看对象实例。三个卓有成效的指令是
DumpHeap
,它能够列出全部的堆内容和1个特意类型的兼具实例。没有须要依赖寄存器,
DumpHeap 可以呈现我们创立的唯1三个实例的地址。

!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 3陆 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只蕴涵二个DWO陆风X捌D 的靶子引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 2八 字节,其它 几个字节包含项目句柄( 四 字节)和 syncblk 编号( 四 字节)。找到 simpleObj
实例的地点后,大家得以选择 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
(对于组织采用 LayoutType.Sequential
);由此类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家得以利用 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)

假定您从目的图的大局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的分寸( 3陆字节),就足以获得 str 的尺寸,即 3陆 字节。让大家输出 str
实例来验证这些结果:

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

壹经你将字符串实例的大大小小(3陆字节)加上SimpleClass实例的大大小小(3陆字节),就能够获得ObjSize命令报告的总大小7二字节。

请留心ObjSize不带有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奥迪Q3不知底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;由此它们不会被这么些命令报告。

针对方法表的类型句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创造前,CLHighlander查看加载类型,要是未有找到,则张开加载,获得方法表地址,成立对象实例,然后把项目句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器爆发的代码在拓展格局分派时使用项目句柄来定位方法表。CL奥迪Q7在急需史能够经过艺术表反向访问加载类型时选择项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器扩张程序用于本文化的展现CLTucson数据结构的内容,它是 .NET
Framework 安装程序的壹有的,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程在此之前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测试。 增添 SOS.dll
所在的文书夹到PATH景况变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置三个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的部分下令,关于SOS越多信息,仿效这里

方法表

爱博体育app,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。那是在对象的第二个实例制造前的类加载活动的结果。对象实例表示的是情景,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发生的照射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表蕴涵的音信和外挂的新闻方可因此System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中能够经过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例包含的种类句柄指向方法表开端地点的舞狮处,偏移量暗许意况下是12字节,包涵了GC音信。我们不筹算在这里对其举行切磋。

图 9
突显了点子表的卓著布局。大家会阐明项目句柄的片段要害的域,不过对于截然的列表,请参照他事他说加以考查此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)开始,因为它间接关系到运转时的内存状态。

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分寸,基于代码中宣称的域。在此之前已经商讨过,当前GC的贯彻须求多少个起码1贰字节的靶子实例。假使2个类未有概念任何实例域,它至少含有额外的5个字节。其余的七个字节被对象头(或许带有syncblk编号)和种类句柄占用。再说二次,对象的大大小小会惨遭StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中展示的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
2003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,对象大小位于四字节的舞狮处,值为1二(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

格局槽表(Method Slot Table)

在艺术表中包括了一个槽表,指向各类艺术的叙说(MethodDesc),提供了连串的行为手艺。方法槽表是根据方法达成的线性链表,根据如下顺序排列: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,它替换全体的被覆盖的虚方法和被隐形的父类方法,创立新的槽,在须要时复制槽。槽复制是供给的,它能够让每一个接口有友好的细小的vtable。可是被复制的槽指向同一的大要达成。MyClass包罗接口方法,3个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为具有未有显式定义构造函数的对象自动生成。因为我们定义并开始化了2个静态变量,编写翻译器会转移三个类构造函数。图10来得了MyClass的主意表的布局。布局突显了拾3个措施,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,上边大家会进行钻探。图11来得了MyClass的不二法门表的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()

别的项目标起初5个措施总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这一个是从System.Object承袭的虚方法。Method二槽被开始展览了复制,不过都指向一样的秘诀描述。代码突显定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在壹组。

方法描述(MethodDesc)

艺术描述(MethodDesc)是CL凯雷德知道的办法达成的一个装进。有二种档案的次序的点子描述,除了用于托管完结,分别用于分歧的交互操作达成的调用。在本文中,大家只侦查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中发出,初阶化为指向IL。每一种方法描述包罗贰个预编写翻译代理(PreJitStub),担任触发JIT编写翻译。图12展现了叁个杰出的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实际的格局描述数据结构。对于实际的情势描述,那是-5字节的舞狮,是各类方法的九个叠合字节的一部分。那两个字节包涵了调用预编写翻译代理程序的下令。5字节的挥舞可以从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后边的五个字节。在第二回调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译达成后,包涵调用指令的4个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x八六代码的义务跳转指令覆盖。

图 12方式描述

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图12的点子表槽指向的代码进行反汇编,突显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

今后我们试行此办法,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,只有开首5个字节是代码,剩余字节包括了Method2的法子描述的数量。“!u”命令不知情那或多或少,所以生成的是无规律的代码,你可以忽略多少个字节后的装有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前蕴涵IL中方法达成的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,KugaVA)。此域用作标识,表示是不是IL。在按需要编写翻译后,CLR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一个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的章程描述的内容:

!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

方法的这么些标记域的编码包蕴了措施的门类,比如静态,实例,接口方法也许COM完毕。让我们看方法表其余一个复杂的方面:接口实现。它包裹了布局进度具有的目眩神摇,让托管情状以为那或多或少看起来大约。然后,我们将表明接口怎么样进行布局和依据接口的方法分派的恰到好处工作形式。

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

在点子表的第3贰字节偏移处是二个要害的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向1个运用程序域档案的次序的映射表,该表以进度档案的次序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第二遍加载时创设。种种接口的达成都在接口虚表中有贰个记下。倘使MyInterface一被四个类完毕,在接口虚表表中就有七个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的启幕位置,如图9所示。那是接口方法分派发生时行使的引用。接口虚表是依据方法表内含的接口图新闻创造,接口图在格局表布局进度中基于类的元数据创设。一旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第1捌字节地方的接口图会指向内含在措施表中的接口音讯记录。在这种气象下,对MyClass达成的八个接口中的每三个都有两条记下。第1条接口消息记录的起来多少个字节指向MyInterface一的种类句柄(见图9图10)。接着的WO奔驰G级D(二字节)被3个标记占用(0意味着从父类派生,1意味着由最近类达成)。在注解后的WO本田CR-VD是二个先河槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface二,开头槽的值为4(从0开首编号),所以槽5和陆指向达成;对于MyInterface二,起初槽的值为陆,所以槽7和8指向完毕。类加载器会在要求时复制槽来发出如此的作用:各种接口有友好的贯彻,然则物理映射到平等的情势描述。在MyClass中,MyInterface一.Method二和MyInterface二.Method二会指向同样的完结。

听大人说接口的措施分派通过接口虚表进行,而一贯的艺术分派通过保留在种种槽的不二等秘书技描述地址实行。如从前提及,.NET框架使用fastcall的调用约定,开头3个参数在只怕的时候一般经过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的首个参数总是this指针,所以经过ECX寄存器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到那点:

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

那几个反汇编展现了第三手调用MyClass的实例方法未有利用偏移。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,和平昔分派比较要求某些外加的下令。2个下令用来获得接口虚表的地址,另1个拿走格局槽表中的接口完结的初叶槽。而且,把一个对象实例转换为接口只须求拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi一=mc”使用二个限令把mc的靶子引用拷贝到mi一。

虚分派(Virtual Dispatch)

近期大家看看虚分派,并且和基于接口的摊派举办比较。以下是图3中MyClass.Method三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恒定的槽编号发生,和方式表指针在一定的类(类型)完毕等级次序毫不相关。在点子表布局时,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,对父对象的主意调用被分摊到子对象的达成。反汇编呈现了分派通过八号槽发生,能够在调节和测试器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看到那或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方式表数据结构的显要组成都部队分。作为艺术表的1部分,它们分配在点子表的槽数组后。全数的原来静态类型是内联的,而对此协会和引用的品类的静态值对象,通在句柄表中开创的对象引用来针对。方法表中的指标引用指向应用程序域的句柄表的靶子引用,它引用了堆上创造的靶子实例。1旦创建后,句柄表内的对象引用会使堆上的目的实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的对象引用,后者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在形式表创立前开端生活,它和形式表组成起来,是种类表明的CLMurano版本。实际上,EEClass和办法表逻辑上是二个数据结构(它们一齐表示贰个等级次序),只不过因为使用频度的不等而被分别。平时应用的域放在方法表,而有时常利用的域在EEClass中。那样,需求被JIT编译函数使用的音讯(如名字,域和偏移)在EEClass中,可是运维时需求的消息(如虚表槽和GC音讯)在艺术表中。

对每二个等级次序会加载1个EEClass到利用程序域中,包涵接口,类,抽象类,数组和结构。各种EEClass是三个被试行引擎追踪的树的节点。CLOdyssey使用这几个网络在EEClass结构中浏览,其指标包涵类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承袭档案的次序创设,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的3结合。在实施托管代码的进度中,新的EEClass节点被出席,节点的涉嫌被补充,新的涉嫌被确立。在网络中,相邻的EEClass还会有三个程度的涉及。EEClass有多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只体现了和这些评论相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,我们未有在图中适当展现偏移。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多次堆分配的诀要描述块。在章程表创设时,对经过堆上分配的域描述列表的三个引用提供了域的布局音信。EEClass在行使程序域的低频堆分配,那样操作系统可以更加好的拓展内部存款和储蓄器分页管理,由此收缩了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的含义不言自明。大家现在探访使用SOS输出的EEClass的的确的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method一代码行设置断点后,运营图叁的先后。首先应用命令Name二EE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。以往大家获取了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的出口看起来完全同样。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。从相邻链指向名称为Program的EEClass,可以领略图一3出示的是加载Program时的结果。

MyClass有七个虚表槽(能够被虚分派的措施)。即便Method1和Method二不是虚方法,它们能够在通过接口实行摊派时被感到是虚函数并投入到列表中。把.cctor和.ctor出席到列表中,你会获得总共12个章程。最终列出的是类的多个静态域。MyClass未有实例域。其余域不言自明。

结论

大家关于CLXC60一些最要紧的内在的切磋旅程终于甘休了。显然,还或然有大多主题素材需求涉及,而且亟需在越来越深的档次上商讨,可是大家目的在于那足以支持您看到东西如何事业。这里提供的多数的音信恐怕会在.NET框架和CL福特Explorer的新兴版本中改造,不过尽管本文提到的CLCRUISER数据结构大概改造,概念应该保持不改变。

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