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)內存44

3.2.1位與字節(jié)44

3.2.2負數的表現46

3.2.3小端與大端47

3.2.4內存地址47

3.2.5虛擬內存48

3.2.6了解虛擬內存的實現50

第3節(jié)寄存器50

3.3.1通用寄存器50

3.3.2程序計數器52

3.3.3標志寄存器52

第4節(jié)基礎指令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69

3.5.2比較指令70

3.5.3跳轉指令73

3.5.4其他流程控制77

3.5.5分支預測79

第6節(jié)函數調用82

3.6.1棧結構82

3.6.2函數調用85

3.6.3enter與leave指令89

3.6.4調用規(guī)范89

第7節(jié)系統調用91

3.7.1系統調用簡介91

3.7.2在x86上發(fā)起系統調用(軟中斷)92

3.7.3在x86上發(fā)起系統調用(sysenter)93

3.7.4在x8664上發(fā)起系統調用(syscall)94

第8節(jié)內存屏障95

3.8.1亂序執(zhí)行95

3.8.2內存屏障簡介96

3.8.3雙檢鎖97

第4章編譯與調試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上調試CoreCLR104

4.2.1使用Visual Studio調試CoreCLR104

4.2.2使用WinDbg調試CoreCLR105

4.2.3在WinDbg中使用SOS擴展109

4.2.4更方便地調試托管方法對應的匯編代碼113

第3節(jié)在Linux上編譯CoreCLR113

第4節(jié)在Linux上調試CoreCLR116

4.4.1使用LLDB調試CoreCLR116

4.4.2在LLDB中使用SOS擴展119

第5章異常處理實現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關鍵詞拋出異常133

5.2.3調用 .NET運行時內部函數拋出異常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調用null對象的方法時拋出異常142

5.3.4對整數進行零除時的處理144

5.3.5CoreCLR中的相關代碼146

第4節(jié)異常處理實現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通過調用鏈跟蹤獲取拋出異常的函數與所有調用來源148

5.4.4獲取函數元數據中的異常處理表150

5.4.5枚舉異常處理表調用對應的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167

6.3.2CoreCLR中的相關代碼169

第4節(jié)線程本地儲存169

6.4.1ThreadStatic Attribute屬性的實現171

6.4.2ThreadLocal類的實現172

6.4.3CoreCLR中的相關代碼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通過信號量實現生產者—消費者模式206

6.9.3通過Monitor類實現生產者—消費者模式208

6.9.4CoreCLR中的相關代碼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原理221

6.11.5任務并行庫224

6.11.6任務并行庫的實現原理226

6.11.7ValueTask229

6.11.8async與await關鍵字的例子230

6.11.9async與await關鍵字的實現原理231

6.11.10堆積的協程與無堆的協程239

6.11.11CoreCLR中的相關代碼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252

6.13.3CoreCLR中的相關代碼258

第7章GC垃圾回收實現260

第1節(jié)GC簡介260

7.1.1�？臻g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271

第2節(jié)對象內存結構271

7.2.1值類型對象的內存結構271

7.2.2引用類型對象的內存結構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中的相關代碼278

第3節(jié)托管堆結構280

7.3.1.NET程序的內存結構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析構對象列表與析構隊列291

7.3.8CoreCLR中的相關代碼291

第4節(jié)分配對象流程293

7.4.1new關鍵字生成的代碼293

7.4.2從托管堆分配空間的內部函數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記錄包含析構函數的對象到析構對象列表302

7.4.6CoreCLR中的相關代碼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判斷是否應該執(zhí)行后臺GC311

7.5.6CoreCLR中的相關代碼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置存活標記315

7.6.3通過卡片表掃描跨代引用并設置存活標記318

7.6.4枚舉強引用GC句柄并設置存活標記318

7.6.5枚舉固定GC句柄并設置固定標記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掃描析構對象列表并添加不再存活對象到析構隊列319

7.6.8枚舉跟蹤復活弱引用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中的相關代碼321

第7節(jié)計劃階段323

7.7.1構建Plug樹323

7.7.2構建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中的相關代碼330

第9節(jié)壓縮階段330

7.9.1復制對象值330

7.9.2結束GC332

7.9.3CoreCLR中的相關代碼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結束GC334

7.10.3CoreCLR中的相關代碼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中的相關代碼337

第12節(jié)調整GC行為338

7.12.1設置GC模式338

7.12.2設置延遲模式339

7.12.3設置延遲等級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344

7.13.2注冊完整GC觸發(fā)前的通知345

7.13.3在Windows系統上使用ETW捕捉GC事件347

7.13.4在Linux系統上使用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中的相關代碼363

第3節(jié)IR結構366

8.3.1HIR與LIR366

8.3.2HIR的結構367

8.3.3HIR的例子367

8.3.4LIR的結構372

8.3.5LIR的例子372

8.3.6常見的HIR結構376

8.3.7CoreCLR中的相關代碼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)建基礎塊列表383

8.4.3創(chuàng)建異常處理表384

8.4.4構造語法樹385

8.4.5CoreCLR中的相關代碼386

第5節(jié)函數內聯387

8.5.1內聯的條件388

8.5.2內聯的處理389

8.5.3CoreCLR中的相關代碼390

第6節(jié)IR變形390

8.6.1添加內部代碼390

8.6.2提升構造體391

8.6.3標記暴露地址的本地變量393

8.6.4對基礎塊中的各個節(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中的相關代碼398

第7節(jié)流程分析399

8.7.1計算前任基礎塊與后任基礎塊399

8.7.2計算邊緣權重(Edge Weight)400

8.7.3調整基礎塊順序400

8.7.4計算可到達的基礎塊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402

8.7.8CoreCLR中的相關代碼403

第8節(jié)本地變量排序404

8.8.1根據引用計數排序本地變量404

8.8.2CoreCLR中的相關代碼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中的相關代碼405

第10節(jié)變量版本標記406

8.10.1SSA406

8.10.2構建SSA407

8.10.3構建VN410

8.10.4CSSA與TSSA411

8.10.5CoreCLR中的相關代碼411

第11節(jié)循環(huán)優(yōu)化413

8.11.1循環(huán)的結構413

8.11.2循環(huán)反轉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中的相關代碼425

第15節(jié)邊界檢查消除426

8.15.1根據斷言消除邊界檢查426

8.15.2CoreCLR中的相關代碼427

第16節(jié)合理化427

8.16.1轉換HIR結構到LIR結構427

8.16.2轉換LCL_VAR節(jié)點428

8.16.3轉換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轉換算術運算到地址模式431

8.17.3轉換除法運算和求余運算431

8.17.4轉換SWITCH節(jié)點433

8.17.5針對函數調用添加PUTARG_REG與PUTARG_STK節(jié)點435

8.17.6轉換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的匯編代碼456

8.19.4CoreCLR中的相關代碼459

第20節(jié)機器代碼生成460

8.20.1生成機器碼與元數據460

8.20.2CoreCLR中的相關代碼463

第21節(jié)函數頭信息464

8.21.1除錯信息的結構465

8.21.2異常處理表的結構466

8.21.3GC信息的結構466

8.21.4函數對象的結構467

8.21.5棧回滾信息的結構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