Linker & Loader in .NET
August Steinbacher
Vortragsüberblick
C++ vs .NET
Auffinden von Assemblies
Execution Model
Runtime Layout
Methodenadressierung
Traditioneller Ansatz
Compiler Frontend:
Parsen der High-Level-Syntax
Kompilieren in Zwischencode
Compiler Backend:
Zwischencode -> Native Code
Platzhalter für imports & exports
Linker:
Erzeugen eines executable file
Loader:
Platzieren des Executables im Speicher
App2.cpp Incl.h
Objekt datei
Objekt datei
EXE Datei
Compiler
Linker App1.cpp
.NET Modell
Compiler Frontend:
Parsen der High-Level-Syntax
Erzeugen von Zwischencode + Metadaten
• Assemblies
Compiler Backend (CLR):
Lokalisieren des Assemblies
Erzeugen von Native Code
• Kompilieren
• Linken
• Laden
Source Source
Compiler
Assemblies Compiler
CLR
Processes
Memory
Ausführen von .NET
.exe Datei starten
Windows-loader startet die CLR
Applikation läuft innerhalb der CLR
Applikationsdomäne
Isoliert Applikationen voneinander
• Laden aller Assemblies, Module und Typen
• Methodentabellen der Typen
• Statische Felder und Objekte
Side-by-Side Execution
Eintrittspunkt
Schlüsselwort .entrypoint in PE-Datei
3 Levels of Loading
Laden der PE-Datei von Disk
Einziger Festplattenzugrif
Enthält Metadaten
Laden des Assemblies
Aufgrund der Metadaten
Sicherheitsmanager prüft Rechte
Laden der Typen
Classloader
PE-Datei
Assemblies
Object Integer
String
Lokalisieren von Assemblies
Assembly Resolver
Name des gesuchten Assemblies
Versionsinformation
Informationen über AppDomain
Konfigurationsdateien
Öfentliche Assemblies
GAC
Codebase-Hints in Konfigurationsdateien
Private Assemblies
Im Applikationsverzeichnis
Probing
Lokalisieren von Assemblies
Assembly.Load(name)
Public Key?
Lade File J
In GAC?
J
Lade File aus GAC J
<CodeBase>
Vorhanden?
N
Passt File?
J
Probing erfolgreich?
N
N
Passt File?
J
N
Lade File von
<CodeBase>
J
Assembly.Load endet mit Fehler N
N
Probing
4 Kriterien:
Applikationsverzeichnis
Culture-Attribut
Assembly Name
Relativer Suchpfad
[AppDir] / [Assembly name].dll
[AppDir] / [Assembly name] / [Assembly name].dll
C:/App/code.dll
C:/App/code/code.dll
[AppDir] / [culture] / [Assembly name].dll
[AppDir] / [culture] / [Assembly name] / [Assembly name].dll
C:/App/en-US/code.dll
C:/App/en-US/code/code.dll
[AppDir] / [binpath] / [Assembly name].dll
[AppDir] / [binpath] / [Assembly name] / [Assembly name].dll
C:/App/shared/code.dll
C:/App/shared/code/code.dll
[AppDir] / [binpath] / [culture] / [Assembly name].dll
[AppDir] / [binpath] / [culture] / [Assembly name] / [Assembly name].dll
C:/App/shared/en-US/code.dll
C:/App/shared/en-US/code/code.dll
Laden eines Typs T
Durch Classloader
Bestimmung des benötigten Speicherplatzes
Bestimmung des Speicherlayouts
Auflösen von Referenzen auf bereits geladene Typen
Stubs erzeugen für Methoden von T
• Methodenaufrufe lösen JIT-Kompilierung aus
Verifikation der Typsicherheit
4 Kategorien
• Ungültig
• Gültig
• Typsicher
• Verifizierbar Gültig
Typsicher Verifizierbar Ungültig
Execution Model
Source
Code Compiler
csc, jsc,... Assembly
PE File + MSIL + Metadaten
PE Verifikation
GAC AppDir Assembly
Loader Assembly Info
Class List
Native Code
Class Runtime
Assembly
Method Class
Policy Manager
Policy
Erteilte Rechte
Objektinstanzen
Instance Data
Instance Data
Instance Data
Method Table A
Method
Table B Sync Block
Table Instance of
A Instance of
B Instance of
A
Heap
Private EE Memory
Instance Data Object
Header
Index Sync Block
Table
MethodTable
EEClass
Runtime Layout
GCDesc
Object Reference
Interface map
Compiled method JMI thunk
Module
Class Loader
Assembly
App
„Hot Data“
„Cold Data“
MethodDesc MethodDesc
Prestub ptr
Prestub Prestub ptr
Method Table & Interface Map
Interface Map 1
2 3 4 5 GCDesc
MethodTable header Inherited
virtuals
Introduced virtuals
Instance and static methods Method Table
EEClass
M e th o d Im p le m e n ta tio n s
Methodenadressierung
class C : B { I2.m2() {..}; } A.m1; I1.m1;
A.m2; I1.m2;
B.m3;
I2.m2;
interface I1 { m1(); m2(); } interface I2 { m2(); m3(); }
B.m3;
class B : A, I2 {m3(){..}; }
A.m1;
A.m2;
class A : I1 { m1(){..};
m2(){..}; }
A.m1; I1.m1 A.m2; I1.m2
A.m1; I1.m1;
A.m2; I1.m2;
B.m3;
A.m1; I1.m1;
A.m2; I1.m2; I2.m2
B.m3; I2.m3
Quellen
Don Box, Chris Sells: Essential .NET, The Common Language Runtime, Addison-Wesley 2003
Dave Stutz, Ted Neward, Geof Shilling: Shared Source CLI Essentials. O'Reilly 2003
W.Beer, D.Birngruber, H.Mössenböck, A.Wöß: Die .NET- Technologie, dpunkt.verlag 2002
http://www.msdn.microsoft.com/netframework/
http://www.dotnetframework.de
http://dotnet.di.unipi.it/
