深深研究

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿发表日期: 9/19/200伍
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜聚进程中发掘众多篇章图都不全,那是因为原作的图都不全,所以特采集完整全文。

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)。

因为国有语言运营时(CLCR-V)就要成为在Windows上创办应用程序的主演级基础架构,
多明白点关于CL科雷傲的纵深认知会帮忙您营造高速的, 工业级健壮的施用程序.
在那篇小说中, 我们会浏览,调查CLRubicon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, 和丰富多彩的数据结构.

咱俩会利用由C#写成的特别轻易的代码示例,
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.
商量的一部分数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 二.0中改变,
可是大好多的定义是不会变的. 大家会采用Visual Studio® .NET 2002Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数量结构.
SOS能够通晓CL奥迪Q5内部的数据结构, 可以dump出有用的音信. 通篇,
大家构和谈在Shared Source CLI(SSCLI)中颇具相关落实的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会支持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

在我们初步前,请小心:本文提供的新闻只对在X8六平台上运维的.NET Framework
壹.壹使得(对于Shared Source CLI
一.0也多数适用,只是在好几交互操作的图景下必须小心例外),对于.NET
Framework
二.0会有转移,所以请不要在营造软件时信赖于那么些内部结构的不改变性。

CLXC90运维程序(Bootstrap)创造的域

在CL汉兰达施行托管代码的首先行代码前,会创建八个应用程序域。个中多少个对于托管代码乃至CL帕杰罗宿主程序(CLR
hosts)都以不可知的。它们只可以由CLR运营进度创制,而提供CLHaval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,那么些域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都是利用了单件(Singleton)情势。第五个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是多少个AppDomain的实例,也是不二法门的有命名的域。对于简易的CLPRADO宿主程序,比如调控台程序,默许的域名由可实施映象文件的名字组成。其它的域可以在托管代码中使用AppDomain.CreateDomain方法创设,大概在非托管的代码中应用ICO本田CR-VRuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,比如ASP.NET,对于特定的网址会依赖应用程序的数量创建多个域。

图 2 由CL大切诺基运转程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域负担创立和初步化共享域和暗中认可使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且怜惜进度范围之中选拔的带有只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的二个优化本性,它的管理办法显得有一点点昏头转向,因为CL冠道未有给程序集机会选用此性情。就算如此,由于在具备的使用程序域中对2个特定的暗记只保留2个应和的字符串,此个性能够节约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,并用来成立每一个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体域,并贯彻加载和卸载应用程序域的作用。

共享域(Shared Domain)

富有不属于其余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不能缺少的。它会被电动加载到共享域中。系统命名空间的主导类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CLQashqai运转程序过程中被先行加载到本域中。用户代码也得以被加载到那些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时利用由CLTiggo宿主程序钦赐的LoaderOptimization个性。调节台程序也能够加载代码到共享域中,方法是选拔System.LoaderOptimizationAttribute脾性注解Main方法。共享域还管理二个用到营地址作为目录的次序集映射图,此映射图作为管理共享程序集正视关系的查找表,那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应用程序域。非共享的用户代码被加载到暗中认可域。

默认域(Default Domain)

私下认可域是使用程序域(AppDomain)的贰个实例,一般的应用程序代码在中间运转。就算有个别应用程序需求在运营时创设额外的使用程序域(比方某些使用插件,plug-in,框架结构或许拓展重大的运作时期码生成工作的应用程序),大多数的应用程序在运维时期只创设2个域。全部在此域运行的代码都以在域等级次序上有上下文限制。纵然一个应用程序有多少个使用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制消息方可采纳System.ContextBoundObject派生的档案的次序创设。每一种应用程序域有和好的张掖描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还应该有本身的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和次序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的功能是加载分裂的运营时CLPRADO部件和优化在域的万事生命期内设有的预制构件。这个堆的加强基于可预测块,那样可以使碎片最小化。加载器堆不相同于垃圾回收堆(恐怕对称多管理器上的多少个堆),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。平常访问的构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在数次堆上,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)的代办部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档案的次序精通域后,大家计划看看它们在一个简单易行的应用程序的前后文中的情理细节,见
图3。大家在程序运维时停在mc.Method一(),然后利用SOS调节和测试器扩张命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
打探SOS的加载音信)。这里是编写制定后的输出:

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();
    }
}

我们的调控台程序,Sample一.exe,被加载到二个名叫”Sample一.exe”的使用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,不过因为它是骨干系统库,所以也在系统域中列出。种种域会分配1个反复堆,低频堆和代理堆。系统域和共享域使用同1的类加载器,而暗中认可应用程序使用本人的类加载器。

输出未有出示加载器堆的保留尺寸和已交由尺寸。高频堆的先河化大小是32KB,每一次提交4KB。SOS的出口也绝非显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每一种域有三个接口虚表堆(简称为IVMap),由自身的加载器堆在域初阶化阶段创制。IVMap保留大小是4KB,开首时交由4KB。我们将会在持续部分商量项目布局时商量IVMap的含义。

图2
展现暗许的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大指标堆(用于大小相等如故超越八伍仟字节的靶子),它表明了这几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x8陆指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用以托管对象实例化的排放物回收堆。

种类原理

类型是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够应用class,struct和interface关键字展开宣示。大大多品类由技术员显式成立,可是,在特地的相互操作(interop)境况和长途对象调用(.NET
Remoting)场馆中,.NET
CL帕杰罗会隐式的发出类型,那么些发生的类型涵盖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3个涵盖对象引用的栈起始切磋.NET类型原理(规范地,栈是1个目的实例早先生命期的地点)。
图4中展现的代码包涵3个简易的次第,它有四个调控台的入口点,调用了1个静态方法。Method一开立2个SmallClass的种类实例,该类型涵盖二个字节数组,用于演示怎么着在大目的堆成立对象。即便那是壹段无聊的代码,可是足以扶助我们举办研究。

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 彰显了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它注明在大概的景况下将函数参数通过寄存器传递,而别的参数遵照从右到左的逐一入栈,然后由被调用函数达成出栈操作)。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(四字节DWO奥德赛D)保存在栈中,包罗了在相似GC堆中抽成的目的的地址。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。不管怎么样,它含有了3个目的实例的地址,我们将应用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地方的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结商谈堆

图片 2

诚如GC堆上的smallObj对象实例包蕴三个名叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的深浅为8501陆字节,是事实上的储备大小)。CLRubicon对超越或等于八五千字节的对象的拍卖和小指标不一样。大指标在大指标堆(LOH)上分红,而小目的在一般GC堆上创制,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会缩减,而GC堆在GC回收时张开削减。还会有,LOH只会在一点壹滴GC回收时被回收。

smallObj的指标实例包涵类型句柄(TypeHandle),指向对应档案的次序的方法表。种种申明的种类有三个方法表,而平等档案的次序的具备指标实例都对准同一个方法表。它包括了档案的次序的特征音讯(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),完成的接口数目,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。

方法表指向二个名字为EEClass的入眼数据结构。在格局表成立前,CL凯雷德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。那些构造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。加载器堆和动用程序域关联,这里涉及的数据结构壹旦被加载到在那之中,就直到应用程序域卸载时才会消失。而且,暗中同意的使用程序域不会被卸载,所以这么些代码的生存期是停止CLLAND关闭结束。

对象实例

正如小编辈说过的,全体值类型的实例或然隐含在线程栈上,只怕隐含在 GC
堆上。全体的引用类型在 GC 堆大概 LOH 上创立。图 6
显示了1个独立的对象布局。二个指标足以经过以下路子被引述:基于栈的有的变量,在交互操作依然平台调用景况下的句柄表,寄存器(试行措施时的
this 指针和艺术参数),具备终结器( finalizer )方法的靶子的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的开首地方,而是有二个 DWOTucsonD 的偏移量( 4字节)。此 DWO景逸SUVD 称为对象头,保存三个针对性 SyncTableEntry 表的目录(从 1伊始计数的 syncblk
编号。因为经过索引实行连接,所以在供给扩充表的轻重时, CL君越可以在内部存款和储蓄器中活动那几个表。 SyncTableEntry 维护一个反向的弱引用,以便 CLXC90能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱引用让 GC
能够在并未其余强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了一个针对
SyncBlock
的指针,包涵了非常少必要被八个对象的富有实例使用的实惠的新闻。那一个音讯包含对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和选取程序域的目录。对于繁多的靶子实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存储器,而且 syncblk 编号为 0 。这点在施行线程遇到如
lock(obj) 恐怕 obj.GetHashCode 的讲话时会产生变化,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

在上述代码中, smallObj 会动用 0 作为它的原初的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CLKuga 成立三个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,2个用作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创设。堆 GetHashCode
的调用会利用对象的哈希编码增添 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时采纳,然而那和卓越的指标用处毫不相关。
种类句柄紧跟在对象实例中的 syncblk
编号后。为了保证三番五次性,我会在证实实例变量后探究类型句柄。实例域(
Instance 田野同志)的变量列表紧跟在项目句柄后。默许境况下,实例域会以内部存款和储蓄器最可行选取的章程排列,那样只供给最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码展现了 SimpleClass 包罗有点不及尺寸的实例变量。

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 显示了在 Visual Studio 调节和测试器的内存窗口中的三个 SimpleClass
对象实例。大家在图 七 的 return 语句处设置了断点,然后利用 ECX
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口浮现对象实例。前 四 个字节是 syncblk
编号。因为我们向来不用别样共同代码应用此实例(也尚未访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向起头地点的 4个字节的偏移处。字节变量 b一,b二,b叁 和 b四 被2个接叁个的排列在协同。五个short 类型变量 s一 和 s二 也被排列在壹道。字符串变量 str 是多个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分配的其实的字符串实例。字符串是三个特地的种类,因为具备包罗同样文字标识的字符串,会在先后集加载到进度时指向八个大局字符串表的如出一辙实例。那一个进度称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的采用。我们事先已经提过,在 NET
Framework 一.一 中,程序集无法选拔是还是不是利用这一个历程,即使现在版本的 CL中华V也许会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

由此暗中认可情状下,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。在互动操作的场馆下,词典顺序必须被保留到内部存储器中,那时能够利用
StructLayoutAttribute 个性,它有3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 一.1中,它从不影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0
恐怕会这么做)。在竞相操作的意况下,如若您实在必要相当的填充字节和呈现的调整域的次第,
LayoutKind.Explicit 能够和域等级次序的 FieldOffset 天性一齐行使。

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。二个得力的一声令下是
DumpHeap
,它能够列出全数的堆内容和四个特别类型的保有实例。无需依赖寄存器,
DumpHeap 能够来得我们成立的天下无双三个实例的地方。

!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

指标的总大小是 3陆 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有多少个DWO路虎极光D 的靶子引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 2八 字节,此外 七个字节包蕴项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地点后,大家能够利用 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

正如以前说过, C# 编写翻译器对于类的默许布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织采用 LayoutType.Sequential
);因而类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。大家能够动用 ObjSize
来输出包涵被 str 实例占用的长空,如下所示:

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

设若您从目的图的全局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的大小( 36字节),就足以收获 str 的轻重缓急,即 3陆 字节。让我们输出 str
实例来注明这几个结果:

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

一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(36字节),就能够取得ObjSize命令报告的总大小7二字节。

请小心ObjSize不含有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
一.1中,CLCRUISER不知道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;由此它们不会被这几个命令报告。

针对方法表的类型句柄在syncblk编号后分配。在目的实例创制前,CLRubicon查看加载类型,如若未有找到,则张开加载,得到方法表地址,成立对象实例,然后把品种句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器爆发的代码在进展方式分派时利用项目句柄来恒定方法表。CL奥迪Q三在要求史能够透过措施表反向访问加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器增添程序用于本文化的展现CLLacrosse数据结构的剧情,它是 .NET
Framework 安装程序的一片段,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程在此之前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测试。 增多 SOS.dll
所在的文件夹到PATH意况变量中。 加载 SOS.dll, 然后装置1个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中进行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的局地发令,关于SOS更加的多消息,参谋这里

方法表

各种类和实例在加载到使用程序域时,会在内存中经过艺术表来表示。那是在对象的第2个实例创造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照射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包括的音信和外挂的消息方可由此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。对象实例蕴含的门类句柄指向方法表起首地点的偏移处,偏移量私下认可情状下是12字节,包括了GC消息。大家不筹划在此处对其进展座谈。

图 9
展现了章程表的卓越布局。大家会注明项目句柄的某些重大的域,可是对于截然的列表,请参见此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)开头,因为它直接涉及到运维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计的目的的大大小小,基于代码中宣示的域。在此之前已经研商过,当前GC的完毕内需1个最少1二字节的目标实例。假诺三个类未有定义任何实例域,它起码含有额外的两个字节。其余的九个字节被对象头(也许带有syncblk编号)和项目句柄占用。再说叁次,对象的大小会蒙受StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中呈现的MyClass(有八个接口)的主意表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
200三内存窗口),将它和SOS的输出进行相比较。在图9中,对象大小位于肆字节的舞狮处,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

艺术槽表(Method Slot Table)

在措施表中包罗了三个槽表,指向各种艺术的叙说(MethodDesc),提供了等级次序的行为手艺。方法槽表是基于方法完毕的线性链表,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。

类加载器在最近类,父类和接口的元数据中遍历,然后成立方法表。在排列进度中,它替换全体的被遮盖的虚方法和被隐形的父类方法,创立新的槽,在须求时复制槽。槽复制是必备的,它能够让各类接口有谈得来的微乎其微的vtable。可是被复制的槽指向平等的情理完毕。MyClass包罗接口方法,1个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为有着未有显式定义构造函数的指标自动生成。因为大家定义并初阶化了多个静态变量,编写翻译器会转变3个类构造函数。图10来得了MyClass的格局表的布局。布局显示了13个艺术,因为Method二槽为接口IVMap举办了复制,下边大家会议及展览开座谈。图11展现了MyClass的格局表的SOS的输出。

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()

别的项目标开始6个措施总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那些是从System.Object承继的虚方法。Method二槽被举办了复制,不过都对准相同的法子描述。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1组。

格局描述(MethodDesc)

情势描述(MethodDesc)是CLOdyssey知道的章程完毕的2个包装。有几种类型的不二秘技描述,除了用于托管实现,分别用于分裂的并行操作完成的调用。在本文中,我们只考查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中发出,开端化为指向IL。各类方法描述包括贰个预编写翻译代理(PreJitStub),负担触发JIT编写翻译。图12来得了多少个拔尖的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实际的方法描述数据结构。对于实际的法子描述,那是-伍字节的舞狮,是每种方法的八个叠合字节的一有些。那陆个字节蕴含了调用预编写翻译代理程序的授命。5字节的摇拽可以从SOS的DumpMT输出从看到,因为方法描述总是方法槽表指向的任务前面包车型大巴多少个字节。在首先次调用时,会调用JIT编译程序。在编写翻译实现后,包罗调用指令的四个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x捌陆代码的白白跳转指令覆盖。

图 12格局描述

图片 7

图12的法门表槽指向的代码进行反汇编,显示了对预编写翻译代理的调用。以下是在
Method二 被JIT编写翻译前的反汇编的简化突显。

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

到现在大家进行此措施,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,唯有初步多少个字节是代码,剩余字节包罗了Method2的主意描述的多寡。“!u”命令不知情那或多或少,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略陆个字节后的富有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前包蕴IL中方法达成的相持虚地址(Relative Virtual
Address
,瑞鹰VA)。此域用作标记,表示是或不是IL。在按供给编写翻译后,CLR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挑选3个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的方式描述的剧情:

!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

办法的这些标识域的编码包含了章程的体系,比方静态,实例,接口方法恐怕COM达成。让我们看方法表其它一个繁杂的方面:接口达成。它包裹了布局进程具备的纷纭,让托管情状感觉那或多或少看起来轻易。然后,大家将表明接口怎么样进行布局和依据接口的不二等秘书诀分派的适当工作形式。

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

在点子表的第二贰字节偏移处是一个首要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向2个行使程序域档案的次序的映射表,该表以进程档次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第2遍加载时创建。各类接口的完成都在接口虚表中有一个记下。如果MyInterface1被四个类落成,在接口虚表表中就有四个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的起初地点,如图9所示。那是接口方法分派发生时利用的引用。接口虚表是依照方法表内含的接口图音信创造,接口图在格局表布局进程中基于类的元数据创制。1旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第一捌字节地方的接口图会指向内含在章程表中的接口新闻记录。在这种意况下,对MyClass完结的四个接口中的每3个都有两条记下。第一条接口音讯记录的上马6个字节指向MyInterface一的品类句柄(见图9图10)。接着的WOEvoqueD(二字节)被三个注解占用(0象征从父类派生,一代表由目前类完成)。在表明后的WO路虎极光D是叁个初阶槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口完结的子表。对于MyInterface二,初始槽的值为四(从0起头编号),所以槽伍和六指向达成;对于MyInterface二,初步槽的值为陆,所以槽7和8指向完成。类加载器会在要求时复制槽来发生那样的成效:每一种接口有和好的贯彻,可是物理映射到一样的秘技描述。在MyClass中,MyInterface壹.Method二和MyInterface二.Method二会指向一样的贯彻。

基于接口的不二等秘书技分派通过接口虚表举行,而一贯的方法分派通过保留在逐壹槽的法子描述地址实行。如此前谈起,.NET框架使用fastcall的调用约定,开始三个参数在恐怕的时候一般经过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的首先个参数总是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

这么些反汇编显示了直白调用MyClass的实例方法未有行使偏移。JIT编写翻译器把办法描述的地址直接写到代码中。基于接口的分摊通过接口虚表产生,和直接分派相比较需求一些非凡的通令。四个命令用来获取接口虚表的地址,另3个到手方式槽表中的接口达成的始发槽。而且,把3个对象实例转变为接口只须求拷贝this指针到对象的变量。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)

现行大家看看虚分派,并且和基于接口的分摊举行比较。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原则性的槽编号发生,和措施表指针在特定的类(类型)落成等级次序非亲非故。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的兑现代替父类的贯彻。结果,对父对象的主意调用被分派到子对象的落成。反汇编显示了分派通过八号槽产生,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的输出看到那一点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是办法表数据结构的显要组成都部队分。作为艺术表的一局地,它们分配在格局表的槽数组后。全部的原始静态类型是内联的,而对此组织和引用的类型的静态值对象,通在句柄表中成立的靶子引用来针对。方法表中的对象引用指向应用程序域的句柄表的靶子引用,它引用了堆上成立的对象实例。一旦创建后,句柄表内的靶子引用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指向句柄表的对象引用,后者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在章程表创建前开首生活,它和办法表组成起来,是种类评释的CL奥德赛版本。实际上,EEClass和措施表逻辑上是多少个数据结构(它们一齐表示一个种类),只不过因为使用频度的例外而被分开。平时使用的域放在方法表,而卓殊应用的域在EEClass中。那样,须求被JIT编写翻译函数使用的消息(如名字,域和偏移)在EEClass中,不过运行时需求的音讯(如虚表槽和GC新闻)在艺术表中。

对每2个门类会加载1个EEClass到利用程序域中,包罗接口,类,抽象类,数组和结构。每一种EEClass是2个被实行引擎追踪的树的节点。CL卡宴使用那些网络在EEClass结构中浏览,其目标包罗类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承继档案的次序建构,而父-子关系基于接口档次和类加载顺序的构成。在奉行托管代码的进度中,新的EEClass节点被参与,节点的涉嫌被补充,新的涉及被确立。在互联网中,相邻的EEClass还会有1个档期的顺序的关系。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只体现了和这一个斟酌相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,我们从不在图中适合的数量呈现偏移。EEClass有二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1再堆分配的主意描述块。在艺术表创造时,对进程堆上分配的域描述列表的3个引用提供了域的布局音信。EEClass在选拔程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的打开内存分页管理,因而裁减了工作集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的意思不言自明。大家现在看望使用SOS输出的EEClass的的确的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图三的主次。首先使用命令Name二EE得到MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的率先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令得到。以后大家获取了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。从相邻链指向名叫Program的EEClass,能够驾驭图一三体现的是加载Program时的结果。

MyClass有八个虚表槽(能够被虚分派的法子)。尽管Method一和Method二不是虚方法,它们能够在经过接口进行摊派时被以为是虚函数并出席到列表中。把.cctor和.ctor出席到列表中,你会博得总共10个艺术。最终列出的是类的多少个静态域。MyClass没有实例域。其余域不言自明。

结论

我们关于CLOdyssey一些最要紧的内在的查究旅程终于终止了。鲜明,还会有许多主题材料须要涉及,而且亟需在越来越深的档次上研讨,可是大家期待那能够协助你看到东西如何行事。这里提供的过多的新闻只怕会在.NET框架和CL卡宴的新生版本中更动,然则即使本文提到的CL安德拉数据结构或许更换,概念应该保证不改变。