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初稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
原作发表日期: 9/19/二零零五
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜罗进度中发觉相当多篇章图都不全,这是因为原著的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 对象布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 艺术表布局。
  • 格局分派(Method dispatching)。

因为国有语言运营时(CLF12berlinetta)将要成为在Windows上创制应用程序的主演级基础架构,
多精晓点关于CL奥迪PB18的吃水认知会协理您创设便捷的, 工业级健壮的利用程序.
在这篇小说中, 大家会浏览,考察CLSportage的内在精神, 富含对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的摊派, 和多姿多彩的多寡结构.

大家会接纳由C#写成的特别轻易的代码示例,
所以任何对编程语言的隐式引用都是以C#语言为对象的.
研商的有的数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改造,
但是许多的定义是不会变的. 大家会使用Visual Studio® .NET 二〇〇三Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些多少结构.
SOS能够知道CLLacrosse内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
我们构和谈在Shared Source CLI(SSCLI)中装有相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会扶助你在找寻一些布局的时候到SSCLI中的音讯.

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

在大家起先前,请留心:本文提供的音信只对在X86平台上运转的.NET Framework
1.1一蹴而就(对于Shared Source CLI
1.0也好多适用,只是在有些交互操作的气象下必得注意例外),对于.NET
Framework
2.0会有变动,所以请不要在创设软件时信赖于那个内部结构的不变性。

CL奥迪Q5运行程序(Bootstrap)创造的域

在CLWrangler实践托管代码的首先行代码前,会创立七个使用程序域。当中多少个对于托管代码以致CLXC60宿主程序(CLR
hosts)都是不可知的。它们只好由CL奥迪Q5运转进度创制,而提供CL卡宴运营进程的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那些域是系统域(System Domain)和分享域(Shared
Domain),都是应用了单件(Singleton)格局。第多少个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是三个AppDomain的实例,也是独一的有命名的域。对于简易的CLOdyssey宿主程序,譬如调整台程序,默许的域名由可举行映象文件的名字组成。另外的域能够在托管代码中央银行使AppDomain.CreateDomain方法创造,或然在非托管的代码中动用ICO汉兰达RuntimeHost接口创制。复杂的宿主程序,譬喻ASP.NET,对于特定的网址会依靠应用程序的数据创制两个域。

图 2 由CLENCORE运转程序创设的域 ↓

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系统域(System Domain)

系统域肩负创建和早先化分享域和暗许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,而且珍贵进程范围里边使用的饱含或然显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的八个优化性子,它的管理情势显得有一点昏头转向,因为CL凯雷德未有给程序集机缘选取此本性。纵然如此,由于在有着的运用程序域中对一个特定的标记只保留二个对应的字符串,此性情能够省去内部存款和储蓄器空间。

系统域还担负产生进程范围的接口ID,并用来创建各类应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进度中维系追踪全体域,并促成加载和卸载应用程序域的功效。

共享域(Shared Domain)

全数不属于另外特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于具有应用程序域的客户代码都以必需的。它会被活动加载到分享域中。系统命名空间的主干类型,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL奥迪Q5运行程序进程中被事先加载到本域中。用户代码也足以被加载到那几个域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时使用由CLWrangler宿主程序钦定的LoaderOptimization特性。调节台程序也得以加载代码到分享域中,方法是采取System.LoaderOptimizationAttribute个性表明Main方法。分享域还管理三个使用营地址作为目录的顺序集映射图,此映射图作为管理分享程序集依赖关系的查找表,那些程序集被加载到暗中认可域(DefaultDomain)和其余在托管代码中开创的行使程序域。非分享的顾客代码被加载到默许域。

默认域(Default Domain)

暗许域是选择程序域(AppDomain)的七个实例,一般的应用程序代码在其中运转。纵然有个别应用程序必要在运维时创建额外的运用程序域(举个例子某个使用插件,plug-in,架构只怕扩充入眼的周转时期码生成专门的学问的应用程序),大多数的应用程序在运营时期只开创一个域。全体在此域运维的代码都以在域档期的顺序上有上下文限制。假使贰个应用程序有多少个利用程序域,任何的域间访谈会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制音信能够运用System.ContextBoundObject派生的花色创立。每个应用程序域有投机的七台河描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和私下认可上下文(DefaultContext),还会有本人的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表管理器和顺序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的法力是加载不一致的运作时CL传祺部件和优化在域的整套生命期内设有的预制构件。那个堆的滋长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆差异于垃圾回收堆(大概对称多管理器上的多个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同一时间保留类型系统。平常访问的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在再三堆上,而非常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)。

从高等级次序精晓域后,我们筹算看看它们在四个简短的应用程序的光景文中的情理细节,见
图3。大家在程序运营时停在mc.Method1(),然后利用SOS调试器扩大命令DumpDomain来输出域的音讯。(请查看
Son of
Strike
问询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();
    }
}

大家的调节台程序,Sample1.exe,被加载到三个名字为”萨姆ple1.exe”的行使程序域。Mscorlib.dll被加载到分享域,然而因为它是主导系统库,所以也在系统域中列出。各种域会分配二个屡次堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用一样的类加载器,而默许应用程序使用自个儿的类加载器。

出口没有显得加载器堆的保存尺寸和已交给尺寸。高频堆的初阶化大小是32KB,每一回提交4KB。SOS的出口也一向不展现接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。每种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,初始时交由4KB。我们将会在后续部分研商项目布局时探究IVMap的意思。

图2
彰显暗中认可的长河堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目的)和大目的堆(用于大小相当于仍然超越8陆仟字节的指标),它注脚了这个堆和加载器堆的语义差别。即时(just-in-time,
JIT)编译器产生x86指令况兼保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用来托管对象实例化的垃圾堆回收堆。

花色原理

品类是.NET编程中的基本单元。在C#中,类型能够应用class,struct和interface关键字张开宣示。大多数品类由程序员显式创建,但是,在特地的竞相操作(interop)意况和远程对象调用(.NET
Remoting)场面中,.NET
CLHighlander会隐式的发生类型,那个爆发的项目富含COM和平运动作时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

咱俩由此三个含有对象引用的栈开首研究.NET类型原理(标准地,栈是一个目的实例早先生命期的地点)。
图4中显示的代码富含三个轻易易行的次第,它有三个调控台的入口点,调用了三个静态方法。Method1创造八个SmallClass的品类实例,该类型包含三个字节数组,用于演示怎么样在大指标堆创设对象。就算那是一段无聊的代码,可是足以帮忙大家进行探讨。

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 突显了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它注脚在可能的动静下将函数参数通过贮存器传递,而其余参数根据从右到左的一一入栈,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以一直大小(4字节DWO瑞鹰D)保存在栈中,包涵了在一般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,它是目的的援引。不管如何,它包涵了二个对象实例的地点,大家将动用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结会谈堆

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一般GC堆上的smallObj对象实例蕴含多个名称为 _largeObj
的字节数组(注意,图中显得的轻重缓急为85016字节,是实际上的储备大小)。CLEscort对超越或等于8伍仟字节的对象的拍卖和小目的分歧。大目的在大指标堆(LOH)上抽成,而小目的在相似GC堆上创制,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会减小,而GC堆在GC回收时张开压缩。还会有,LOH只会在完全GC回收时被回收。

smallObj的指标实例满含类型句柄(TypeHandle),指向对应等级次序的方法表。各样注脚的品种有多少个方法表,而同等档次的持有目的实例都对准同三个方法表。它包涵了项指标表征音信(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,指向相应完成的槽表。

措施表指向二个名字为EEClass的关键数据结构。在艺术表创制前,CL宝马X3类加载器从元数据中创设EEClass。
图4中,SmallClass的措施表指向它的EEClass。那些组织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。加载器堆和应用程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到里头,就直到应用程序域卸载时才会未有。并且,默许的选用程序域不会被卸载,所以那么些代码的生存期是截至CL奥迪Q3关闭截止。

对象实例

正如作者辈说过的,全体值类型的实例或许隐含在线程栈上,或许隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆或许 LOH 上开创。图 6
突显了二个优异的靶子布局。一个对象能够透过以下门路被引述:基于栈的局地变量,在互动操作依旧平台调用意况下的句柄表,寄放器(推行格局时的
this 指针和格局参数),具有终结器( finalizer )方法的对象的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的启幕地点,而是有一个 DWOEvoqueD 的偏移量( 4
字节)。此 DWO福特ExplorerD 称为对象头,保存多少个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1
开首计数的 syncblk
编号。因为通过索引举办延续,所以在急需扩展表的轻重时, CL大切诺基能够在内部存款和储蓄器中移动这些表。 SyncTableEntry 维护多少个反向的弱援用,以便 CL昂科拉能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱援用让 GC
能够在未有其余强征引存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了贰个对准
SyncBlock
的指针,满含了相当少供给被一个指标的富有实例使用的有效的音信。这个消息包涵对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和采纳程序域的目录。对于比非常多的靶子实例,不会为实际的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,何况 syncblk 编号为 0 。这点在实践线程碰到如
lock(obj) 大概 obj.GetHashCode 的语句时会发生变化,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
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在上述代码中, smallObj 会选择 0 作为它的开端的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL奥德赛 创设三个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩充为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,三个用作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创设。堆 GetHashCode
的调用会动用对象的哈希编码扩展 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时接纳,可是这和优秀的指标用处无关。
体系句柄紧跟在指标实例中的 syncblk
编号后。为了保险三番五次性,小编会在验证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。默许景况下,实例域会以内部存款和储蓄器最有效行使的点子排列,那样只要求最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码显示了 SimpleClass 满含有点不等尺寸的实例变量。

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部存款和储蓄器窗口中的一个 SimpleClass
对象实例。大家在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后选取 ECX
寄放器保存的 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。因为我们一向不用任何共同代码应用此实例(也不曾访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向开端地方的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被二个接多少个的排列在一齐。两个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
堆中分红的实际上的字符串实例。字符串是贰个极其的体系,因为有着富含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等同实例。这些进度称为字符串驻留(
string interning ),设计目标是优化内部存款和储蓄器的施用。大家事先早就提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不可能选择是否选取那几个进程,固然现在版本的 CLSportage恐怕会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
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据此默许处境下,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。在竞相操作的状态下,词典顺序必须被保存到内部存款和储蓄器中,那时能够行使
StructLayoutAttribute 特性,它有一个 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,它未有影响托管的布局(但是 .NET Framework 2.0
恐怕会如此做)。在互相操作的景观下,假若你真正需求分外的填充字节和体现的调控域的逐个,
LayoutKind.Explicit 可以和域档期的顺序的 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。多少个实用的指令是
DumpHeap
,它可以列出全体的堆内容和叁个专门类型的具有实例。不要求信赖贮存器,
DumpHeap 能够体现大家创设的唯一一个实例的地点。

!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 的实例只包涵一个DWOLX570D 的指标援引。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,别的 8
个字节包括项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,大家可以运用 DumpObj 命令输出它的开始和结果,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暗许布局使用 LayoutType.Auto
(对于协会采取 LayoutType.Sequential
);因而类加载珍视新排列实例域以最小化填充字节。大家得以选择 ObjSize
来输出富含被 str 实例占用的上空,如下所示:

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

万一您从目的图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的轻重缓急( 36
字节),就可以拿走 str 的大大小小,即 36 字节。让我们输出 str
实例来申明那个结果:

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

设若你将字符串实例的大小(36字节)加上SimpleClass实例的轻重缓急(36字节),就可以收获ObjSize命令报告的总大小72字节。

请稳重ObjSize不分包syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。何况,在.NET Framework
1.第11中学,CL帕杰罗不理解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;因而它们不会被这些命令报告。

本着方法表的门类句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创立前,CL讴歌MDX查看加载类型,若无找到,则开展加载,得到方法表地址,创制对象实例,然后把品种句柄值追加到目的实例中。JIT编写翻译器发生的代码在进展艺术分派时利用项目句柄来牢固方法表。CL奥迪Q3在急需史能够由此措施表反向访问加载类型时行使项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测量试验器扩张程序用于本文化的彰显CLCRUISER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加载到进度从前,在
Visual Studio 中启用托管代码调试。 增多 SOS.dll
所在的文件夹到PATH情状变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装一个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中进行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测量检验相关的一些指令,关于SOS越来越多消息,参谋这里

方法表

种种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创建前的类加载活动的结果。对象实例表示的是气象,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光彩夺目到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包蕴的音信和外挂的新闻方可由此System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中可以通过Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包括的类型句柄指向方法表起先地方的舞狮处,偏移量默许情状下是12字节,富含了GC新闻。大家不筹划在此间对其进行商量。

图 9
展现了法子表的独立布局。我们会评释项目句柄的片段关键的域,不过对于截然的列表,请参照他事他说加以考察此图。让我们从基实例大小(Base
Instance Size)开头,因为它一向关乎到运转时的内部存款和储蓄器状态。

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计算的目标的深浅,基于代码中声称的域。在此以前早就商讨过,当前GC的达成必要八个至少12字节的对象实例。假诺二个类未有概念任何实例域,它至少含有额外的4个字节。其余的8个字节被对象头(大概满含syncblk编号)和体系句柄占用。再说二遍,对象的分寸会遭到StructLayoutAttribute的震慑。

看看图3中显得的MyClass(有五个接口)的艺术表的内存快速照相(Visual
Studio .NET
2002内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出实行比较。在图9中,对象大小位于4字节的撼动处,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

主意槽表(Method Slot Table)

在格局表中含有了三个槽表,指向各类艺术的描述(MethodDesc),提供了品种的行为本事。方法槽表是根据方法达成的线性链表,依照如下顺序排列:承接的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在近年来类,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,它替换全体的被覆盖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。槽复制是不可缺少的,它能够让各种接口有投机的纤维的vtable。可是被复制的槽指向同一的情理完结。MyClass包涵接口方法,一个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为富有未有显式定义构造函数的目的自动生成。因为大家定义并开首化了贰个静态变量,编写翻译器会变卦三个类构造函数。图10彰显了MyClass的艺术表的布局。布局显示了13个主意,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,上边我们会进展座谈。图11体现了MyClass的点子表的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()

另外类型的启幕4个章程总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这么些是从System.Object传承的虚方法。Method2槽被进行了复制,但是都对准一样的形式描述。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)

措施描述(MethodDesc)是CLGL450知道的艺术实现的贰个装进。有三种等级次序的不二等秘书籍描述,除了用于托管完毕,分别用于差别的互动操作达成的调用。在本文中,大家只考察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进程中爆发,初阶化为指向IL。每一个方法描述包罗贰个预编写翻译代理(PreJitStub),负担触发JIT编写翻译。图12来得了四个头名的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是实在的章程描述数据结构。对于实际的章程描述,那是-5字节的挥舞,是种种方法的8个附加字节的一部分。那5个字节包蕴了调用预编译代理程序的授命。5字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前边的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,满含调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的义务跳转指令覆盖。

图 12办法描述

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图12的情势表槽指向的代码实行反汇编,呈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显示。

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

当今大家推行此办法,然后反汇编同样的地方:

!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,独有起头5个字节是代码,剩余字节包涵了Method2的不二秘诀描述的数据。“!u”命令不明白那或多或少,所以生成的是乱套的代码,你能够忽略5个字节后的持有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中艺术实现的冲突虚地址(Relative Virtual
Address
,奇骏VA)。此域用作标记,表示是或不是IL。在按需要编写翻译后,CL福睿斯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选拔三个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的主意描述的内容:

!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,方法描述的剧情如下:

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

措施的那一个标记域的编码包括了章程的花色,比如静态,实例,接口方法仍旧COM落成。让大家看方法表其他多少个千头万绪的方面:接口完结。它包裹了布局进度具有的纷纷,让托管情形感觉那点看起来大约。然后,大家将表明接口怎么着进展示公布局和依附接口的不二等秘书诀分派的正合分寸工作章程。

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

在艺术表的第12字节偏移处是贰个要害的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个使用程序域档案的次序的映射表,该表以进度档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第一遍加载时创建。各样接口的落实都在接口虚表中有贰个记录。尽管MyInterface1被五个类完毕,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上马地方,如图9所示。那是接口方法分派发生时选择的援用。接口虚表是遵照方法表内含的接口图音信创造,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据成立。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。在这种情形下,对MyClass完毕的四个接口中的每贰个都有两条记下。第一条接口新闻记录的起来4个字节指向MyInterface1的品种句柄(见图9图10)。接着的WO昂科威D(2字节)被多个标识占用(0意味着从父类派生,1意味着由近些日子类实现)。在评释后的WO本田UR-VD是贰个起初槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口达成的子表。对于MyInterface2,初叶槽的值为4(从0开端编号),所以槽5和6指向完结;对于MyInterface2,起始槽的值为6,所以槽7和8指向完结。类加载器会在须求时复制槽来产生如此的意义:每一种接口有投机的贯彻,但是物理映射到平等的格局描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的得以实现。

传闻接口的艺术分派通过接口虚表实行,而一直的不二秘籍分派通过保留在所有人家槽的情势描述地址进行。如从前聊起,.NET框架使用fastcall的调用约定,最早2个参数在恐怕的时候一般经过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

这个反汇编呈现了平素调用MyClass的实例方法未有动用偏移。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暴发,和一向分派比较必要有个别外加的指令。二个下令用来赢得接口虚表的地址,另四个赢得格局槽表中的接口落成的开始槽。並且,把二个对象实例调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“mi1=mc”使用贰个限令把mc的对象引用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

现行我们看看虚分派,並且和基于接口的摊派进行相比。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

虚分派总是通过三个稳住的槽编号产生,和情势表指针在特定的类(类型)达成档案的次序非亲非故。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的完成代替父类的实现。结果,对父对象的章程调用被分派到子对象的兑现。反汇编突显了分派通过8号槽发生,能够在调节和测验器的内部存储器窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看到这点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方法表数据结构的重大组成都部队分。作为艺术表的一某个,它们分配在措施表的槽数组后。全数的庐山真面目静态类型是内联的,而对于组织和援用的类其余静态值对象,通在句柄表中创设的靶子援用来针对。方法表中的靶子援引指向应用程序域的句柄表的对象援引,它援引了堆上制造的指标实例。一旦成立后,句柄表内的靶子援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指向句柄表的靶子引用,后面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在章程表创造前发轫生活,它和办法表组成起来,是体系声明的CL途睿欧版本。实际上,EEClass和章程表逻辑上是贰个数据结构(它们一齐表示二个项目),只但是因为使用频度的分歧而被分手。平日采纳的域放在方法表,而临时常使用的域在EEClass中。那样,必要被JIT编译函数使用的消息(如名字,域和摇头)在EEClass中,可是运行时需求的新闻(如虚表槽和GC音信)在点子表中。

对每叁个项目会加载二个EEClass到利用程序域中,包蕴接口,类,抽象类,数组和布局。每一种EEClass是一个被施行引擎追踪的树的节点。CL大切诺基使用那么些网络在EEClass结构中浏览,其目标蕴含类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承继档次创立,而父-子关系基于接口等级次序和类加载顺序的三结合。在执行托管代码的经过中,新的EEClass节点被投入,节点的关联被补充,新的关系被确立。在互连网中,相邻的EEClass还可能有五个水平的涉嫌。EEClass有四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只展现了和这些研讨有关的一些域。因为大家忽视了布局中的一些域,大家从没在图中合适显示偏移。EEClass有叁个直接的对于措施表的引用。EEClass也本着在暗中认可使用程序域的数次堆分配的格局描述块。在情势表成立时,对经过堆上分配的域描述列表的三个援用提供了域的布局音信。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,因而缩短了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的其余域在MyClass(图3)的上下文的意义不言而喻。大家今后拜见使用SOS输出的EEClass的着实的物理内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运转图3的程序。首先应用命令Name2EE得到MyClass的EEClass的地方。

!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。以后大家获得了EEClass的地方,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,能够领略图13展现的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的办法)。纵然Method1和Method2不是虚方法,它们得以在经过接口进行摊派时被认为是虚函数并参预到列表中。把.cctor和.ctor加入到列表中,你会获得总共十三个措施。最终列出的是类的七个静态域。MyClass没有实例域。其它域无庸赘述。

结论

我们关于CL兰德酷威一些最要害的内在的商量旅程终于终止了。分明,还恐怕有好多标题亟需涉及,并且必要在更加深的档次上商议,但是大家期待这足以援助你看来事物怎么办事。这里提供的非常多的新闻或然会在.NET框架和CLLacrosse的新生版本中改换,可是尽管本文提到的CL奥德赛数据结构大概变动,概念应该维持不改变。

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