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.Net Discovery系列之六 Me JIT(下)

編輯:關於.NET

接上文

在初始化時,HashTable中各個方法指向的並不是對應的內存入口地址,而是一個JIT預編譯代理,這個函數負責將方法編譯為本地代碼。注意,這裡JIT還沒有進行編譯,只是建立了方法表!

下表(表1)為首次加載調用時HashTable的情況:

表1 方法表示意

方法槽 方法描述 a1() PreJitStub a2() PreJitStub a3() PreJitStub

好了有了這個HashTable後,JIT開始編譯第一個被調用的方法A.a1("First"),這是由一個JIT內部函數來完成的(上面提到的),遺憾的事,目前還沒有發現介紹這個函數的相關資料,有些書中稱它為“JIT編譯者”,那本文也這麼稱呼它吧。

下圖為首次調用方法時的示意圖:

圖2 觸發JIT編譯

JIT借助元數據和IL生成被調用方法的本地代碼後,會將這些代碼緩存在動態內存中,然後修改HashTable中對應方法的入口地址,將其修改為本地代碼的內存片地址(如表2所示),並將這個地址返回給CLR經行執行,A.a1("First")執行完畢,代碼繼續運行。

運行至A.a1("Second ")時,會直接執行A.a1()方法的內存代碼,不會進行再次編譯,表2 為再次加載時HashTable的情況。

表2 方法表變化

方法槽 方法描述 a1() XXXXXXXXX內存地址 a2() PreJitStub a3() PreJitStub

再次加載流程示意圖:

圖3 未觸發JIT編譯

圖4 方法表、方法描述、預編譯代理關系

圖2中所示的MS核心引擎指的是一個叫做MSCorEE的DLL,即Microsoft .NET Runtime Execution Engine,它是一個橋接DLL,連同mscorwks.dll主要完成以下工作:

查找程序集中包含的對應類型清單,並調用元數據遍歷出包含的方法。

結合元數據獲得這個方法的IL。

分配內存。

編譯IL為本地代碼,並保存在第3步所分配的內存中。

將類型表(就是指上文中提到的HashTable)中方法地址修改為第3步所分配的內存地址。

跳轉至本地代碼中執行。

所以隨著程序的運行時間增加,越來越多的方法的IL被編譯為本地代碼,JIT的調用次數也會不斷減少。

下面借助WinDbg來證實以上的說法,示例中的源程序可以到這裡下載到:

http://files.cnblogs.com/isline/IsLine.JITTester.rar

namespace JITTester
{
   public partial class Form1 : Form
   {
     public Form1()
     {
       InitializeComponent();
     }

     private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
     {

     }

     private void GO_Click(object sender, EventArgs e)
     {
       new A().a1();
       lb_msg.Text = "調用完畢!";

     }
   }

   class A
   {
     public void a1() { }
     public C a2 = new C();
   }

   class B
   {
     public void b1() { }
     public void b2() { }
   }

   class C
   {
     public void c1() { }
     public void c2() { }
   }
}

代碼中定義了3個類,分別為A、B、C,在“GO”按鈕按下後,將調用類型A中的a1()方法,而Form1_Load 中什麼也不做,目的是程序運行後,在空載的情況下查看方法描述對應地址入口的情況。

好,第一步運行JITTester.exe程序,並打開WinDbg附加這個進程

圖 5 附件進程

第二步,附加進程成功後,在WinDbg中加載SOS.dll

圖6 加載SOS.dll

第三步,使用name2ee命令遍歷所有已加載模塊,name2ee格式為name2ee *! [程序集].[類型]

圖7 查看類型信息

回車後注意高亮區域的信息:

圖8 JIT前A類型的信息

高亮區域顯示的是“<not loaded yet>”,這說明雖然運行和程序,但未點擊按鈕時,A類型未被JIT,因為它還沒有入口地址。這一點體現了即時、按需編譯的思想。

同樣,!name2ee *!JITTester.B和!name2ee *!JITTester.C命令會得到同樣的結果。

好,現在做第4步操作,Detach Debuggee進程,並回到程序中點擊“GO”按鈕

圖9 點擊按鈕

第五步 重新附加進程(參考第一步),這時程序已經調用了new A().a1()方法,並重新執行命令!name2ee *!JITTester.A ,注意高亮部分

圖10 JIT後A類型的信息

和圖8中的信息比較,圖10中的方法表地址已經變為JIT後的內存地址,這時圖4中的Stub槽將被一條強制跳轉語句替換,跳轉目標與該地址有關。這一點說明JIT在大多情況下,只編譯一次代碼。

同樣命令查看B類型:

圖11 JIT後B類型的信息

該類型未被調用,所以還未被JIT。

C類型:

圖12 JIT後C類型的信息

由於實例化A類型時和C類型相關,所以C類型已經JIT了。

第三節.Native Image Generator

Native Image Generator中文譯為本地代碼生成器,我更習慣叫它“本地映像”,因為通過工具NGen.exe生成的本地代碼是無法部分載入的,這意味著操作系統會加載整個程序集文件。

上一節中提到過,有兩種方法可以獲得本地代碼,JIT方式和Native Image Generator方式,JIT方式是在運行時動態編譯需要的代碼,而NGen.exe會創建托管程序集的本機映像,並且將該映像安裝到GAC中,運行該程序集時,就會自動使用該本機映像而不是JIT它們。

這聽起來似乎很美妙,但是你必須做好以下准備:

當FrameWork版本、CPU類型、操作系統版本發生變化時,.Net會恢復JIT機制。

NGen.exe工具並不能避免發布IL,事實上,即使使用NGen.exe工具,CLR依然會使用到元數據和IL。

忽略了局部性原理(上一節中提到的),系統會加載整個映像文件到內存中,並很可能重定位文件,修正內存地址引用。

NGen.exe生成的代碼無法在運行時進行優化,無法直接訪問靜態資源,也無法在應用程序域之間共享程序集。

此外,JIT不但有編譯的本事,還會根據內存資源情況換出使用率低的代碼,節省資源,這對於一些基於.Net平台的電子產品是很重要的。

所以,除非你已十分清楚程序性能是由於首次編譯造成的性能問題,否則盡量不要人工生成本地代碼。

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