NET框架内部了解CLR如何创建运行时对象
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原著宣布日期: 9/19/二〇〇七
初稿已经被 Microsoft 删除了,采摘过程中开掘众多稿子图都不全,这是因为原来的小说的图都不全,所以特采撷完整全文。

目录

  • 前言
  • CL奥迪Q7运行程序(Bootstrap)制造的域
  • 系统域(System Domain)
  • 共享域(Shared Domain)
  • 默认域(Default Domain)
  • 加载器堆(Loader Heaps)
  • 类型原理
  • 指标实例
  • 方法表
  • 基实例大小
  • 办法槽表(Method Slot Table)
  • 主意描述(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。
  • 目的布局和内部存储器细节。
  • 格局表布局。
  • 办法分派(Method dispatching)。

因为国有语言运营时(CL本田UR-V)就要成为在Windows上开创应用程序的主演级基础架构, 多精通点关于CL本田UR-V的深浅认知会赞助您构建急速的, 工业级健壮的采取程序. 在这篇作品中, 大家会浏览,考查CLRAV4的内在精神, 满含对象实例布局, 方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分摊, 和五花八门的数据结构.

笔者们会采纳由C#写成的非常简单的代码示例, 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. 研商的一部分数据结会谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改动, 但是大相当多的定义是不会变的. 大家会利用Visual Studio® .NET 二零零二Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥伺者一些数量结构. SOS能够驾驭CL奥迪Q5内部的数据结构, 可以dump出有用的新闻. 通篇, 大家构和谈在Shared Source CLI(SSCLI)中享有相关落到实处的类, 你能够从 下载到它们.

图表1 会支持您在索求一些组织的时候到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

在我们开始前,请小心:本文提供的新闻只对在X86平台上运维的.NET Framework 1.1实用(对于Shared Source CLI 1.0也多数适用,只是在好几交互操作的情状下必需小心例外),对于.NET Framework 2.0会有更改,所以请不要在创设软件时正视于那么些内部结构的不改变性。

CLCRUISER运营程序(Bootstrap)创立的域

在CLEscort实施托管代码的率先行代码前,会创立三个利用程序域。个中五个对于托管代码以致CLKuga宿主程序(CLR hosts)都以不可以知道的。它们只好由CLCRUISER运转进度创建,而提供CL福睿斯运营进度的是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),都以运用了单件(Singleton)方式。第三个域是缺省应用程序域(Default AppDomain),它是叁个AppDomain的实例,也是并世无双的有命名的域。对于简易的CL宝马7系宿主程序,比方调控台程序,暗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利用AppDomain.CreateDomain方法创造,也许在非托管的代码中选取ICOENCORERuntimeHost接口创建。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多少创设多个域。

图 2 由CL阿斯顿·马丁DB11运维程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担负创立和初阶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,何况珍惜进度范围里边使用的盈盈或许显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework 1.第11中学的贰个优化本性,它的管理办法显得有一点昏头转向,因为CL大切诺基没有给程序集机遇选择此性情。尽管如此,由于在有着的接纳程序域中对三个一定的标志只保留三个相应的字符串,此性子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。系统域在经过中维系追踪全数域,并贯彻加载和卸载应用程序域的功能。

共享域(Shared Domain)

持有不属于其余特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于全体应用程序域的客户代码都是少不了的。它会被机关加载到分享域中。系统命名空间的大旨项目,如Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等等,在CL冠道启动程序进程中被优先加载到本域中。客户代码也能够被加载到那些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时使用由CL牧马人宿主程序钦赐的LoaderOptimization性情。调控台程序也足以加载代码到分享域中,方法是利用System.LoaderOptimizationAttribute性情表明Main方法。分享域还管理一个应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注重关系的查找表,那一个程序集被加载到暗中同意域(DefaultDomain)和其余在托管代码中创设的运用程序域。非分享的顾客代码被加载到暗许域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是采用程序域(AppDomain)的一个实例,平时的应用程序代码在当中运维。就算有些应用程序供给在运作时制造额外的运用程序域(比方有个别使用插件,plug-in,框架结构也许拓宽着重的周转时代码生成职业的应用程序),抢先四分之二的应用程序在运作时期只开创一个域。全体在此域运维的代码都是在域档次上有上下文限制。要是多少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。额外的域内上下文限制消息能够运用System.ContextBoundObject派生的种类创造。各类应用程序域有投机的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还恐怕有团结的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功力是加载差别的运营时CLHighlander部件和优化在域的整个生命期内设有的部件。那一个堆的狠抓基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆不一致于垃圾回收堆(或许对称多管理器上的八个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同不常候保留类型系统。平日访谈的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在数十三次堆上,而少之又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)。

从高档次了然域后,大家希图看看它们在三个简约的应用程序的上下文中的概况细节,见 图3。大家在程序运转时停在mc.Method1(),然后使用SOS调节和测量检验器扩展命令DumpDomain来输出域的音信。(请查看 Son of Strike询问SOS的加载音信)。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,Sample1.exe,被加载到八个名称为"Sample1.exe"的利用程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,可是因为它是主导系统库,所以也在系统域中列出。每一种域会分配二个频频堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用一样的类加载器,而私下认可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存尺寸和已交给尺寸。高频堆的早先化大小是32KB,每便提交4KB。SOS的出口也并没有呈现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一个域有一个接口虚表堆(简称为IVMap),由自身的加载器堆在域开始化阶段成立。IVMap保留大小是4KB,早先时交由4KB。大家将会在承接部分研商项目布局时研讨IVMap的意思。

图2 显示暗许的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大目的堆(用于大小也正是依然超越8四千字节的目的),它评释了那个堆和加载器堆的语义差异。即时(just-in-time, JIT)编写翻译器发生x86指令况且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用来托管对象实例化的垃圾回收堆。

花色原理

品类是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够行使class,struct和interface关键字展开宣示。大好些个品种由程序猿显式创设,可是,在特意的交互操作(interop)情状和远程对象调用(.NET Remoting)场面中,.NET CL汉兰达会隐式的发出类型,这几个产生的品类包罗COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩由此一个包括对象引用的栈开首钻探.NET类型原理(标准地,栈是八个指标实例起首生命期的地点)。 图4中显得的代码包括二个轻巧易行的次第,它有八个调节台的入口点,调用了二个静态方法。Method1成立二个SmallClass的体系实例,该类型蕴涵一个字节数组,用于演示如何在大指标堆创立对象。即便那是一段无聊的代码,可是能够扶持大家实行钻探。

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 呈现了截至在Create方法"return smallObj;" 代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用规范,它注明在恐怕的情形下将函数参数通过寄放器传递,而别的参数根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。援引类型变量如smallObj以一向大小(4字节DWO奇骏D)保存在栈中,包蕴了在形似GC堆中分配的靶子的地方。对于价值观C++,那是目的的指针;在托管世界中,它是目的的引用。不管怎么着,它饱含了二个对象实例的地点,大家将利用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援引指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结谈判堆

图片 2

平时GC堆上的smallObj对象实例包罗一个名称为 _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)。CL奥迪Q7对当先或等于8五千字节的对象的拍卖和小指标分裂。大指标在大目的堆(LOH)上分红,而小目的在相似GC堆上创立,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会削减,而GC堆在GC回收时展开压缩。还会有,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),指向对应项目标方法表。每一种申明的类型有三个方法表,而平等档次的持有目的实例都指向同八个方法表。它包涵了品种的特色音讯(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),达成的接口数目,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。

艺术表指向三个名叫EEClass的首要性数据结构。在格局表创制前,CL汉兰达类加载器从元数据中开创EEClass。 图4中,SmallClass的办法表指向它的EEClass。那个组织指向它们的模块和程序集。方法表和EEClass平时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熄灭。並且,暗中同意的应用程序域不会被卸载,所以那一个代码的生存期是停止CLCR-V关闭结束。

对象实例

正如作者辈说过的,全数值类型的实例也许隐含在线程栈上,或许隐含在 GC 堆上。全体的引用类型在 GC 堆也许 LOH 上创建。图 6 突显了叁个数一数二的靶子布局。三个目的足以透过以下路子被引用:基于栈的局地变量,在互相操作依然平台调用景况下的句柄表,存放器(奉行情势时的 this 指针和措施参数),具备终结器( finalizer )方法的目的的终结器队列。 OBJECTREF 不是指向目标实例的开始地点,而是有多少个 DWO纳瓦拉D 的偏移量( 4 字节)。此 DWOPRADOD 称为对象头,保存二个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1 初步计数的 syncblk 编号。因为通过索引实行连接,所以在需求增添表的轻重时, CLHaval能够在内存中活动那一个表。 SyncTableEntry 维护多个反向的弱援用,以便 CL奥德赛可以追踪 SyncBlock 的全数权。弱引用让 GC 能够在并未有其他强援引存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了三个对准 SyncBlock 的指针,包蕴了非常少供给被三个对象的有所实例使用的可行的音讯。那个音讯包罗对象锁,哈希编码,任何转变层 (thunking) 数据和采纳程序域的目录。对于绝大好些个的靶子实例,不会为实在的 SyncBlock 分配内存,况且 syncblk 编号为 0 。那一点在实践线程碰到如 lock(obj) 恐怕 obj.GetHashCode 的语句时会产生变化,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

在以上代码中, smallObj 会动用 0 作为它的序曲的 syncblk 编号。 lock 语句使得 CL奥迪Q5 创立贰个 syncblk 入口并运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 语句并利用 Monitor 类,多少个看作同步的 Monitor 对象在 syncblk 上制造。堆 GetHashCode 的调用会选取对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有别的的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling delegates )到非托管代码时选取,但是那和特出的目的用处毫无干系。
连串句柄紧跟在对象实例中的 syncblk 编号后。为了维持一而再性,作者会在证实实例变量后研讨类型句柄。实例域( Instance 田野(field))的变量列表紧跟在项目句柄后。暗许境况下,实例域会以内部存款和储蓄器最管用使用的主意排列,那样只须求起码的作为对齐的填充字节。图 7 的代码突显了 SimpleClass 包涵有一部分不一尺寸的实例变量。

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 调节和测量试验器的内部存款和储蓄器窗口中的二个 SimpleClass 对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后采纳 ECX 存放器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口体现对象实例。前 4 个字节是 syncblk 编号。因为大家尚无用别样共同代码应用此实例(也绝非访谈它的哈希编码), syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的指标实例,指向初始地点的 4 个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被四个接贰个的排列在一起。八个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在一块儿。字符串变量 str 是贰个 4 字节的 OBJECTREF ,指向 GC 堆中抽成的其实的字符串实例。字符串是一个极度的花色,因为具备包括同样文字标志的字符串,会在先后集加载到进程时指向三个大局字符串表的同样实例。这么些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。大家事先已经提过,在 NET Framework 1.1 中,程序集不能够选用是还是不是选拔那些进度,就算以往版本的 CL宝马X3大概会提供那样的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

所以暗中认可处境下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内存中保持。在竞相操作的情况下,词典顺序必得被保存到内部存款和储蓄器中,那时可以运用 StructLayoutAttribute 特性,它有多少个 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,它并未有影响托管的布局(不过 .NET Framework 2.0 或然会这么做)。在竞相操作的图景下,假设您真正需求非常的填充字节和突显的调控域的相继, LayoutKind.Explicit 能够和域档期的顺序的 FieldOffset 个性一齐行使。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家运用 SOS 看看对象实例。四个可行的授命是 DumpHeap ,它能够列出全数的堆内容和一个特意类型的持有实例。无需注重存放器, DumpHeap 能够展现我们创造的独一三个实例的地点。

!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

对象的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有一个DWOPAJEROD 的靶子援用。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,此外 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,大家得以行使 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# 编译器对于类的暗中同意布局使用 LayoutType.Auto (对于协会选取 LayoutType.Sequential );由此类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够使用 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)

借让你从目的图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的分寸( 36 字节),就能够获得 str 的尺寸,即 36 字节。让我们输出 str 实例来验证这一个结果:

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

假设你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),就能够猎取ObjSize命令报告的总大小72字节。

请在乎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大切诺基不晓得非托管财富占用的内存,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被那么些命令报告。

针对方法表的花色句柄在syncblk编号后分配。在指标实例创设前,CLKuga查看加载类型,若无找到,则开展加载,得到方法表地址,创造对象实例,然后把项目句柄值追加到对象实例中。JIT编译器爆发的代码在进展模式分派时利用项目句柄来稳定方法表。CLEnclave在必要史能够由此艺术表反向访谈加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测验器扩大程序用于本文化的显示CLRAV4数据结构的原委,它是 .NET Framework 安装程序的一部分,位于 %windir%Microsoft.NETFrameworkv1.1.4322。SOS加载到进程以前,在 Visual Studio 中启用托管代码调节和测量检验。 增添 SOS.dll 所在的文件夹到PATH意况变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置贰个断点, 展开 Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中施行 .load sos.dll。使用 !help 获取调试相关的片段限令,关于SOS更加的多音讯,仿照效法这里。

方法表

各类类和实例在加载到利用程序域时,会在内存中通过措施表来表示。那是在对象的率先个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是状态,而艺术表表示了行为。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器爆发的照耀到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata structures)。方法表富含的音讯和外挂的消息能够通过System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中得以经过Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例富含的档次句柄指向方法表开头地点的偏移处,偏移量暗许意况下是12字节,包括了GC新闻。大家不计划在这里对其进展座谈。

图 9 显示了法子表的非凡布局。大家会注明项目句柄的某个首要的域,但是对于截然的列表,请参见此图。让大家从基实例大小(Base Instance Size)起初,因为它直接涉及到运转时的内存状态。

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结的对象的大大小小,基于代码中宣示的域。在此以前曾经研究过,当前GC的兑现内需一个起码12字节的对象实例。如若二个类未有概念任何实例域,它起码含有额外的4个字节。其余的8个字节被对象头(或然含有syncblk编号)和类别句柄占用。再说一次,对象的轻重缓急会见前碰到StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中呈现的MyClass(有四个接口)的不二法门表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual Studio .NET 二零零一内部存储器窗口),将它和SOS的输出举行比较。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

主意槽表(Method Slot Table)

在措施表中包罗了二个槽表,指向各种艺术的叙说(MethodDesc),提供了品种的行为才具。方法槽表是依据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,然后创制方法表。在排列进度中,它替换全数的被遮住的虚方法和被埋伏的父类方法,创立新的槽,在急需时复制槽。槽复制是至关重要的,它能够让种种接口有投机的微小的vtable。不过被复制的槽指向平等的大意实现。MyClass包蕴接口方法,二个类构造函数(.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。因为大家定义并发轫化了一个静态变量,编写翻译器会变动三个类构造函数。图10展现了MyClass的不二法门表的布局。布局展现了11个法子,因为Method2槽为接口IVMap实行了复制,上边大家会开展研商。图11体现了MyClass的点子表的SOS的出口。

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()

另外项指标起来4个法子总是ToString, Equals, GetHashCode, and Finalize。这么些是从System.Object承继的虚方法。Method2槽被开展了复制,不过都针对一样的格局描述。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)

主意描述(MethodDesc)是CLTiguan知道的艺术达成的叁个打包。有几体系型的不二秘技描述,除了用于托管完毕,分别用于不相同的互动操作实现的调用。在本文中,大家只调查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中发生,最早化为指向IL。每种方法描述满含贰个预编写翻译代理(PreJitStub),担负触发JIT编写翻译。图12体现了一个超人的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是实在的秘诀描述数据结构。对于实际的章程描述,那是-5字节的舞狮,是各样方法的8个附加字节的一有的。那5个字节包罗了调用预编写翻译代理程序的授命。5字节的撼动可以从SOS的DumpMT输出从观察,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前边的5个字节。在率先次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编译实现后,包括调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的任务跳转指令覆盖。

图 12格局描述

图片 7

图12的方式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

现行反革命咱们进行此措施,然后反汇编一样的地点:

!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

在此地方,独有初始5个字节是代码,剩余字节满含了Method2的不二等秘书诀描述的多寡。“!u”命令不知道那一点,所以生成的是无规律的代码,你能够忽视5个字节后的具备东西。

CodeOrIL在JIT编译前带有IL中方法完成的相对虚地址(Relative Virtual Address ,PRADOVA)。此域用作标记,表示是还是不是IL。在按须求编写翻译后,CL奇骏使用编写翻译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中精选贰个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的主意描述的从头到尾的经过:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
IL RVA : 00002068

编译后,方法描述的内容如下:

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

主意的这几个标记域的编码满含了章程的类型,举个例子静态,实例,接口方法大概COM实现。让我们看方法表别的二个目迷五色的地点:接口实现。它包裹了布局进程具备的复杂,让托管意况感到那或多或少看起来大致。然后,大家将注明接口如何开展示公布局和基于接口的不二诀要分派的适宜职业措施。

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

在点子表的第12字节偏移处是贰个着重的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向一个运用程序域档期的顺序的映射表,该表以进程档次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第贰次加载时成立。每一种接口的落实都在接口虚表中有二个记下。要是MyInterface1被五个类实现,在接口虚表表中就有多个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的发端地方,如图9所示。那是接口方法分派发生时行使的援用。接口虚表是基于方法表内含的接口图音信创造,接口图在点子表布局进程中基于类的元数据创制。一旦类型加载成功,只有接口虚表用于方法分派。

第28字节地点的接口图会指向内含在措施表中的接口消息记录。在这种气象下,对MyClass完成的七个接口中的每贰个皆有两条记下。第一条接口音信记录的最初4个字节指向MyInterface1的品类句柄(见图9图10)。接着的WOEvoqueD(2字节)被三个注明占用(0意味从父类派生,1表示由最近类完毕)。在声明后的WOEnclaveD是三个开端槽(Start Slot),被类加载器用来布局接口实现的子表。对于MyInterface2,最早槽的值为4(从0初始编号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,初叶槽的值为6,所以槽7和8指向完毕。类加载器会在急需时复制槽来发生那样的功能:每一种接口有投机的贯彻,不过物理映射到均等的格局描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的落成。

根据接口的不二等秘书诀分派通过接口虚表举行,而一向的方式分派通过保留在依次槽的方法描述地址实行。如在此以前聊到,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在可能的时候日常经过ECX和EDX存放器传递。实例方法的第一个参数总是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

这几个反汇编呈现了直接调用MyClass的实例方法未有行使偏移。JIT编写翻译器把艺术描述的地方直接写到代码中。基于接口的分摊通过接口虚表产生,和一贯分派相比较需求部分附加的授命。贰个发令用来博取接口虚表的位置,另一个获得情势槽表中的接口达成的先河槽。並且,把一个指标实例转变为接口只供给拷贝this指针到对象的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用一个发令把mc的对象援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

明天大家看看虚分派,况且和根据接口的分摊举办比较。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

虚分派总是通过四个定位的槽编号发生,和办法表指针在特定的类(类型)完毕等级次序非亲非故。在点子表布局时,类加载器用覆盖的子类的落到实处代替父类的实现。结果,对父对象的不二等秘书诀调用被分派到子对象的兑现。反汇编展现了分派通过8号槽发生,能够在调节和测量检验器的内存窗口(如图10所示)和DumpMT的出口见到那点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是办法表数据结构的关键组成都部队分。作为艺术表的一有的,它们分配在措施表的槽数组后。全体的原来静态类型是内联的,而对此组织和援用的类别的静态值对象,通在句柄表中开创的指标援引来针对。方法表中的靶子引用指向应用程序域的句柄表的对象引用,它引用了堆上创设的目的实例。一旦创设后,句柄表内的指标援引会使堆上的靶子实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9 中,静态字符串变量str指向句柄表的靶子援用,前面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在措施表制造前开始生活,它和艺术表组成起来,是项目证明的CLPAJERO版本。实际上,EEClass和方法表逻辑上是多少个数据结构(它们一齐表示多少个档次),只不过因为运用频度的不及而被分手。常常使用的域放在方法表,而不平日应用的域在EEClass中。那样,要求被JIT编写翻译函数使用的新闻(如名字,域和偏移)在EEClass中,但是运营时须要的消息(如虚表槽和GC新闻)在章程表中。

对每三个等级次序会加载一个EEClass到使用程序域中,富含接口,类,抽象类,数组和协会。各样EEClass是一个被实践引擎追踪的树的节点。CLXC90使用那么些网络在EEClass结构中浏览,其目标包蕴类加载,方法表布局,类型验证和类型转变。EEClass的子-父关系基于承继档期的顺序创设,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的结合。在举办托管代码的长河中,新的EEClass节点被投入,节点的涉嫌被填补,新的涉及被确立。在互联网中,相邻的EEClass还或者有一个程度的关联。EEClass有八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,请参照他事他说加以考察图13

图13只呈现了和这么些商议相关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,我们一贯不在图中非凡显示偏移。EEClass有叁个直接的对于艺术表的引用。EEClass也针对在私下认可使用程序域的累累堆分配的秘技描述块。在措施表创制时,对经过堆上分配的域描述列表的三个援引提供了域的布局音信。EEClass在选取程序域的低频堆分配,那样操作系统能够越来越好的进行内部存款和储蓄器分页管理,由此削减了职业集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的含义无庸赘述。我们现在拜见使用SOS输出的EEClass的实在的物理内存。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的程序。首先使用命令Name2EE获得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。未来大家得到了EEClass的地点,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的出口看起来完全等同。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。从相邻链指向名称为Program的EEClass,可以预知图13来得的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的不二等秘书籍)。就算Method1和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口实行摊派时被以为是虚函数并参加到列表中。把.cctor和.ctor到场到列表中,你会获取总共11个方法。最后列出的是类的五个静态域。MyClass未有实例域。另外域不问可知。

结论

我们关于CL奥迪Q5一些最关键的内在的探寻旅程终于终止了。分明,还或然有大多标题亟需涉及,何况要求在更加深的档期的顺序上评论,不过大家期望那足以扶持您看来事物咋办事。这里提供的广大的消息或然会在.NET框架和CLLAND的新生版本中退换,可是即便本文提到的CL奇骏数据结构也许变动,概念应该维持不改变。

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