.NET Core底層入門

第1章公共語言運行時概述1
1.1.1.NET框架簡介1
1.1.2公共語言運行時中的各個組成部分3
1.1.3名稱規(guī)范5
第2章MSIL入門7
第1節(jié)逆向 .NET程序到IL7
2.1.1ildasm7
2.1.2使用ILSpy10
2.1.3dnSpy10
第2節(jié)基礎(chǔ)語法11
2.2.1IL語法格式11
2.2.2IL指令格式17
2.2.3評價堆棧18
2.2.4常用指令19
2.2.5常見的C#代碼與IL代碼的對比21
第3節(jié)流程控制26
2.3.1IL流程控制26
2.3.2常見的流程控制C#代碼與IL代碼對比28
第3章x86匯編入門37
第1節(jié)匯編與機器碼37
3.1.1理解匯編語言與機器碼37
3.1.2RISC與CISC42
3.1.3流水線42
第2節(jié)內(nèi)存44
3.2.1位與字節(jié)44
3.2.2負數(shù)的表現(xiàn)46
3.2.3小端與大端47
3.2.4內(nèi)存地址47
3.2.5虛擬內(nèi)存48
3.2.6了解虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)50
第3節(jié)寄存器50
3.3.1通用寄存器50
3.3.2程序計數(shù)器52
3.3.3標志寄存器52
第4節(jié)基礎(chǔ)指令55
3.4.1匯編指令記法55
3.4.2匯編指令格式56
3.4.3匯編指令簡寫57
3.4.4基礎(chǔ)匯編指令58
3.4.5更多指令68
3.4.6機器碼的編碼方式68
第5節(jié)流程控制69
3.5.1流程控制實現(xiàn)69
3.5.2比較指令70
3.5.3跳轉(zhuǎn)指令73
3.5.4其他流程控制77
3.5.5分支預(yù)測79
第6節(jié)函數(shù)調(diào)用82
3.6.1棧結(jié)構(gòu)82
3.6.2函數(shù)調(diào)用85
3.6.3enter與leave指令89
3.6.4調(diào)用規(guī)范89
第7節(jié)系統(tǒng)調(diào)用91
3.7.1系統(tǒng)調(diào)用簡介91
3.7.2在x86上發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用(軟中斷)92
3.7.3在x86上發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用(sysenter)93
3.7.4在x8664上發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用(syscall)94
第8節(jié)內(nèi)存屏障95
3.8.1亂序執(zhí)行95
3.8.2內(nèi)存屏障簡介96
3.8.3雙檢鎖97
第4章編譯與調(diào)試CoreCLR100
第1節(jié)在Windows上編譯CoreCLR100
4.1.1準備編譯環(huán)境100
4.1.2下載CoreCLR源代碼101
4.1.3編譯CoreCLR102
4.1.4使用編譯出來的CoreCLR103
4.1.5最新的編譯文檔103
第2節(jié)在Windows上調(diào)試CoreCLR104
4.2.1使用Visual Studio調(diào)試CoreCLR104
4.2.2使用WinDbg調(diào)試CoreCLR105
4.2.3在WinDbg中使用SOS擴展109
4.2.4更方便地調(diào)試托管方法對應(yīng)的匯編代碼113
第3節(jié)在Linux上編譯CoreCLR113
第4節(jié)在Linux上調(diào)試CoreCLR116
4.4.1使用LLDB調(diào)試CoreCLR116
4.4.2在LLDB中使用SOS擴展119
第5章異常處理實現(xiàn)126
第1節(jié)異常處理簡介126
5.1.1通過返回值報告錯誤與通過異常報告錯誤的區(qū)別126
5.1.2.NET中的異常處理129
第2節(jié)用戶異常的觸發(fā)132
5.2.1用戶異常132
5.2.2通過throw關(guān)鍵詞拋出異常133
5.2.3調(diào)用 .NET運行時內(nèi)部函數(shù)拋出異常135
5.2.4JIT編譯時自動插入拋出異常的代碼135
5.2.5CoreCLR中的相關(guān)代碼137
第3節(jié)硬件異常的觸發(fā)137
5.3.1硬件異常137
5.3.2訪問null對象的字段時拋出異常138
5.3.3調(diào)用null對象的方法時拋出異常142
5.3.4對整數(shù)進行零除時的處理144
5.3.5CoreCLR中的相關(guān)代碼146
第4節(jié)異常處理實現(xiàn)146
5.4.1異常處理的過程146
5.4.2捕捉異常并獲取拋出異常的位置147
5.4.3通過調(diào)用鏈跟蹤獲取拋出異常的函數(shù)與所有調(diào)用來源148
5.4.4獲取函數(shù)元數(shù)據(jù)中的異常處理表150
5.4.5枚舉異常處理表調(diào)用對應(yīng)的finally塊與catch塊151
5.4.6重新拋出異常的處理151
5.4.7CoreCLR中的相關(guān)代碼153
第5節(jié)異常處理對性能的影響154
第6章多線程實現(xiàn)158
第1節(jié)原生線程158
6.1.1原生線程簡介158
6.1.2上下文切換159
6.1.3線程調(diào)度161
6.1.4?？臻g161
第2節(jié)托管線程162
6.2.1托管線程簡介162
6.2.2托管線程對象163
6.2.3創(chuàng)建托管線程的例子163
6.2.4前臺線程與后臺線程164
6.2.5CoreCLR中的相關(guān)代碼166
第3節(jié)搶占模式與合作模式166
6.3.1切換模式的實現(xiàn)167
6.3.2CoreCLR中的相關(guān)代碼169
第4節(jié)線程本地儲存169
6.4.1ThreadStatic Attribute屬性的實現(xiàn)171
6.4.2ThreadLocal類的實現(xiàn)172
6.4.3CoreCLR中的相關(guān)代碼175
第5節(jié)原子操作175
6.5.1原子操作簡介175
6.5.2.NET中的原子操作179
6.5.3無鎖算法182
6.5.4CoreCLR中的相關(guān)代碼183
第6節(jié)自旋鎖184
6.6.1線程鎖184
6.6.2使用Thread.SpinWait實現(xiàn)自旋鎖185
6.6.3使用System.Threading.SpinWait代替187
6.6.4使用System.Threading.SpinLock實現(xiàn)自旋鎖188
6.6.5Thread.Sleep(0)與Thread.Yield的區(qū)別189
6.6.6使用pause指令的另一個原因190
6.6.7CoreCLR中的相關(guān)代碼190
第7節(jié)互斥鎖191
第8節(jié)混合鎖與lock語句197
6.8.1線程中止安全200
6.8.2CoreCLR中的相關(guān)代碼201
第9節(jié)信號量204
6.9.1輕量信號量206
6.9.2通過信號量實現(xiàn)生產(chǎn)者—消費者模式206
6.9.3通過Monitor類實現(xiàn)生產(chǎn)者—消費者模式208
6.9.4CoreCLR中的相關(guān)代碼210
第10節(jié)讀寫鎖213
第11節(jié)異步操作216
6.11.1阻塞操作216
6.11.2事件循環(huán)機制217
6.11.3異步編程模型219
6.11.4異步編程模型的實現(xiàn)原理221
6.11.5任務(wù)并行庫224
6.11.6任務(wù)并行庫的實現(xiàn)原理226
6.11.7ValueTask229
6.11.8async與await關(guān)鍵字的例子230
6.11.9async與await關(guān)鍵字的實現(xiàn)原理231
6.11.10堆積的協(xié)程與無堆的協(xié)程239
6.11.11CoreCLR中的相關(guān)代碼239
第12節(jié)執(zhí)行上下文242
6.12.1異步本地變量與執(zhí)行上下文242
6.12.2CoreCLR中的相關(guān)代碼247
第13節(jié)同步上下文248
6.13.1同步上下文的使用例子(基于WinForm)249
6.13.2自定義同步上下文實現(xiàn)252
6.13.3CoreCLR中的相關(guān)代碼258
第7章GC垃圾回收實現(xiàn)260
第1節(jié)GC簡介260
7.1.1棧空間與堆空間260
7.1.2值類型與引用類型261
7.1.3.NET中的GC263
7.1.4垃圾回收VS引用計數(shù)271
第2節(jié)對象內(nèi)存結(jié)構(gòu)271
7.2.1值類型對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)271
7.2.2引用類型對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)273
7.2.3存活標記與固定標記276
7.2.4裝箱與拆箱277
7.2.5CoreCLR中的相關(guān)代碼278
第3節(jié)托管堆結(jié)構(gòu)280
7.3.1.NET程序的內(nèi)存結(jié)構(gòu)280
7.3.2托管堆與堆段282
7.3.3分配上下文284
7.3.4分代的實現(xiàn)286
7.3.5自由對象列表287
7.3.6跨代引用記錄289
7.3.7析構(gòu)對象列表與析構(gòu)隊列291
7.3.8CoreCLR中的相關(guān)代碼291
第4節(jié)分配對象流程293
7.4.1new關(guān)鍵字生成的代碼293
7.4.2從托管堆分配空間的內(nèi)部函數(shù)297
7.4.3分配小對象的流程299
7.4.4分配大對象的流程299
7.4.5記錄包含析構(gòu)函數(shù)的對象到析構(gòu)對象列表302
7.4.6CoreCLR中的相關(guān)代碼302
第5節(jié)垃圾回收流程303
7.5.1GC的觸發(fā)303
7.5.2執(zhí)行GC的線程306
7.5.3GC的總體流程307
7.5.4重新決定目標代309
7.5.5判斷是否應(yīng)該執(zhí)行后臺GC311
7.5.6CoreCLR中的相關(guān)代碼312
第6節(jié)標記階段314
7.6.1獲取根對象314
7.6.2遞歸掃描根對象并設(shè)置存活標記315
7.6.3通過卡片表掃描跨代引用并設(shè)置存活標記318
7.6.4枚舉強引用GC句柄并設(shè)置存活標記318
7.6.5枚舉固定GC句柄并設(shè)置固定標記319
7.6.6枚舉弱引用GC句柄并清空不再存活對象引用319
7.6.7掃描析構(gòu)對象列表并添加不再存活對象到析構(gòu)隊列319
7.6.8枚舉跟蹤復(fù)活弱引用GC句柄并清空不再存活對象引用320
7.6.9決定是否啟用升代320
7.6.10CoreCLR中的相關(guān)代碼321
第7節(jié)計劃階段323
7.7.1構(gòu)建Plug樹323
7.7.2構(gòu)建Brick表324
7.7.3模擬壓縮325
7.7.4判斷是否執(zhí)行壓縮與新建短暫堆段327
7.7.5CoreCLR中的相關(guān)代碼328
第8節(jié)重定位階段328
7.8.1修改對象引用地址328
7.8.2CoreCLR中的相關(guān)代碼330
第9節(jié)壓縮階段330
7.9.1復(fù)制對象值330
7.9.2結(jié)束GC332
7.9.3CoreCLR中的相關(guān)代碼333
第10節(jié)清掃階段333
7.10.1創(chuàng)建自由對象并加到自由列表333
7.10.2結(jié)束GC334
7.10.3CoreCLR中的相關(guān)代碼334
第11節(jié)后臺GC335
7.11.1后臺標記階段335
7.11.2后臺清掃階段336
7.11.3CoreCLR中的相關(guān)代碼337
第12節(jié)調(diào)整GC行為338
7.12.1設(shè)置GC模式338
7.12.2設(shè)置延遲模式339
7.12.3設(shè)置延遲等級340
7.12.4開啟無GC區(qū)域341
7.12.5開啟大對象堆壓縮342
7.12.6保留堆段空間地址342
7.12.7更多選項(針對 .NET Core)343
第13節(jié)獲取GC信息344
7.13.1獲取GC執(zhí)行次數(shù)344
7.13.2注冊完整GC觸發(fā)前的通知345
7.13.3在Windows系統(tǒng)上使用ETW捕捉GC事件347
7.13.4在Linux系統(tǒng)上使用Lttng捕捉GC事件350
7.13.5使用EventListener捕捉GC事件351
第8章JIT編譯器實現(xiàn)354
第1節(jié)JIT簡介354
8.1.1JIT編譯器354
8.1.2.NET中的RyuJIT編譯器356
8.1.3在Visual Studio中查看生成的匯編代碼356
8.1.4使用JITDump日志查看JIT編譯流程與生成的匯編代碼357
第2節(jié)JIT編譯流程358
8.2.1JIT的觸發(fā)358
8.2.2分層編譯360
8.2.3JIT編譯流程362
8.2.4CoreCLR中的相關(guān)代碼363
第3節(jié)IR結(jié)構(gòu)366
8.3.1HIR與LIR366
8.3.2HIR的結(jié)構(gòu)367
8.3.3HIR的例子367
8.3.4LIR的結(jié)構(gòu)372
8.3.5LIR的例子372
8.3.6常見的HIR結(jié)構(gòu)376
8.3.7CoreCLR中的相關(guān)代碼382
第4節(jié)IL解析383
8.4.1創(chuàng)建本地變量表383
8.4.2創(chuàng)建基礎(chǔ)塊列表383
8.4.3創(chuàng)建異常處理表384
8.4.4構(gòu)造語法樹385
8.4.5CoreCLR中的相關(guān)代碼386
第5節(jié)函數(shù)內(nèi)聯(lián)387
8.5.1內(nèi)聯(lián)的條件388
8.5.2內(nèi)聯(lián)的處理389
8.5.3CoreCLR中的相關(guān)代碼390
第6節(jié)IR變形390
8.6.1添加內(nèi)部代碼390
8.6.2提升構(gòu)造體391
8.6.3標記暴露地址的本地變量393
8.6.4對基礎(chǔ)塊中的各個節(jié)點進行變形操作393
8.6.5消除三元條件運算節(jié)點396
8.6.6CoreCLR中的相關(guān)代碼398
第7節(jié)流程分析399
8.7.1計算前任基礎(chǔ)塊與后任基礎(chǔ)塊399
8.7.2計算邊緣權(quán)重(Edge Weight)400
8.7.3調(diào)整基礎(chǔ)塊順序400
8.7.4計算可到達的基礎(chǔ)塊400
8.7.5計算支配與支配邊界401
8.7.6插入GC檢測點402
8.7.7添加小函數(shù)402
8.7.8CoreCLR中的相關(guān)代碼403
第8節(jié)本地變量排序404
8.8.1根據(jù)引用計數(shù)排序本地變量404
8.8.2CoreCLR中的相關(guān)代碼404
第9節(jié)評價順序定義405
8.9.1決定語法樹節(jié)點的評價順序405
8.9.2CoreCLR中的相關(guān)代碼405
第10節(jié)變量版本標記406
8.10.1SSA406
8.10.2構(gòu)建SSA407
8.10.3構(gòu)建VN410
8.10.4CSSA與TSSA411
8.10.5CoreCLR中的相關(guān)代碼411
第11節(jié)循環(huán)優(yōu)化413
8.11.1循環(huán)的結(jié)構(gòu)413
8.11.2循環(huán)反轉(zhuǎn)415
8.11.3循環(huán)克隆416
8.11.4循環(huán)展開417
8.11.5循環(huán)不變代碼外提418
8.11.6CoreCLR中的相關(guān)代碼419
第12節(jié)賦值傳播420
8.12.1替換擁有相同值的變量420
8.12.2CoreCLR中的相關(guān)代碼421
第13節(jié)公共子表達式消除421
8.13.1合并擁有相同值的表達式421
8.13.2CoreCLR中的相關(guān)代碼422
第14節(jié)斷言傳播424
8.14.1生成并傳播斷言424
8.14.2CoreCLR中的相關(guān)代碼425
第15節(jié)邊界檢查消除426
8.15.1根據(jù)斷言消除邊界檢查426
8.15.2CoreCLR中的相關(guān)代碼427
第16節(jié)合理化427
8.16.1轉(zhuǎn)換HIR結(jié)構(gòu)到LIR結(jié)構(gòu)427
8.16.2轉(zhuǎn)換LCL_VAR節(jié)點428
8.16.3轉(zhuǎn)換ADDR與IND節(jié)點428
8.16.4刪除COMMA節(jié)點430
8.16.5CoreCLR中的相關(guān)代碼430
第17節(jié)低級化431
8.17.1分割針對long類型的操作431
8.17.2轉(zhuǎn)換算術(shù)運算到地址模式431
8.17.3轉(zhuǎn)換除法運算和求余運算431
8.17.4轉(zhuǎn)換SWITCH節(jié)點433
8.17.5針對函數(shù)調(diào)用添加PUTARG_REG與PUTARG_STK節(jié)點435
8.17.6轉(zhuǎn)換CALL節(jié)點436
8.17.7標記節(jié)點是否為被包含節(jié)點440
8.17.8標記節(jié)點被使用時是否需要先加載到CPU寄存器440
8.17.9CoreCLR中的相關(guān)代碼441
第18節(jié)線性掃描寄存器分配442
8.18.1寄存器分配442
8.18.2線性掃描寄存器分配簡介442
8.18.3CoreCLR中的相關(guān)代碼450
第19節(jié)匯編指令生成451
8.19.1計算幀布局451
8.19.2生成匯編指令453
8.19.3包含異常處理小函數(shù)的匯編代碼456
8.19.4CoreCLR中的相關(guān)代碼459
第20節(jié)機器代碼生成460
8.20.1生成機器碼與元數(shù)據(jù)460
8.20.2CoreCLR中的相關(guān)代碼463
第21節(jié)函數(shù)頭信息464
8.21.1除錯信息的結(jié)構(gòu)465
8.21.2異常處理表的結(jié)構(gòu)466
8.21.3GC信息的結(jié)構(gòu)466
8.21.4函數(shù)對象的結(jié)構(gòu)467
8.21.5?；貪L信息的結(jié)構(gòu)467
第22節(jié)AOT編譯468
8.22.1使用.NET Framework的NGen工具執(zhí)行AOT編譯469
8.22.2使用.NET Core的CrossGen工具執(zhí)行AOT編譯469
附錄A中英文專業(yè)名詞對照表472
附錄B常用IL指令一覽480
附錄C常用匯編指令一覽485
附錄DSOS擴展命令一覽489
附錄EIR語法樹節(jié)點類型一覽517
參考文獻523