C++随笔：.NET CoreCLR之GC探索

Posted 2020-07-06 KMSFan

　　首先谢谢 @dudu 和 @张善友 这2位大神能订阅我，本来在写这个系列以前，我一直对写一些核心而且底层的知识持怀疑态度，我为什么持怀疑态度呢？因为一般写高层语言的人99%都不会碰底层，其实说句实话，我以前也不看这些东西，只是因为自己觉得对C++感兴趣，索性乱写点东西，如果有写得不好的地方，还请上面2位大神指出。

　　其实我现在虽然写的是C++，但是我打算在后面把C++和.NET的一些基础类库融合起来，我发现写CLR的文章特别少，不知道什么原因。反正，废话不多，开始今天的写作吧，今天依然是把重点集中在GC上面。

　　首先跟大家分享一下我这次碰到的一个有趣的东西，就是下面的东西，下面的东西我第一次看，不过我可以确定的是，GC的运行模式有以下。以下都有注释，我就不详解了，不过跟大家说一下我的一个小小的发现：我猜测，以下代码只在64位GC下运行，这句话听起来很拗口，但是我是怎么得到这个结论的呢？

 

// !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
// make sure you change the def in bcl\\system\\gc.cs 
// if you change this!
//上面那句ENGLISH的意思就是如果要改这里面的值，必须先改变bc1\\system\\gc.cs里面的定义
//收集器运行模式
enum collection_mode
{
    collection_non_blocking = 0x00000001, //非锁定模式
    collection_blocking = 0x00000002,  //锁定模式
    collection_optimized = 0x00000004, //优化模式
    collection_compacting = 0x00000008 //最小适配模式

#ifdef STRESS_HEAP //如果定义了Stress_heap,我这里翻译为压力堆，也就是“入堆”
    , collection_gcstress = 0x80000000 //这里我觉得应该是GC可以入堆的一个条件吧，虽然我不懂这个是什么意思
#endif // STRESS_HEAP
};

　　

　　虽然我不敢完全说我是对的，但是有一点可以确定，就是它会生成x64，以windows内核为寄托的一个以i结尾的文件，我们可以把它理解为一个临时文件，而GC和windows内存的关系就像一个寄宿关系一样，GC是依赖于windows内核的某个东西生存（全是个人的猜测）。

　　那么，这些enmu类型的固定值，在GC当中，到底起了一个什么样的作用呢？我随便找了几个变量，因为这些固定值，其实在GC当中，你可以理解它是无处不在的，就相当于平常写代码的if else 一样普通，大家知道这些变量的用处就行了，不必过于纠结代码是什么意思，因为以后我会带大家慢慢研究。

//如果定义成了后台GC
#ifdef BACKGROUND_GC
    if (recursive_gc_sync::background_running_p())
    {
		//如果mode(暂时可以理解为一个变量)
		//collection_non_blocking 值是0x00000001，也就是说mode&collection_non_blocking其实只要比较最右边一位就OK了，也就是mode=1 or 4
        if ((mode == collection_optimized) || (mode & collection_non_blocking))
        {
            return S_OK;
        }
        if (mode & collection_blocking)
        {
            pGenGCHeap->background_gc_wait();
            if (mode & collection_optimized)
            {
                return S_OK;
            }
        }
    }

　　今天我也不想过多的浪费时间，我打算挑一个有代表性的代码片段来带大家了解GC，所谓GC,GC是什么，那么它肯定有一个Collect的方法；好，那我们就拿这个方法开刀吧。首先我们必须知道几个知识点，对于非c++程序员来说，也还是需要学一点东西，size_t的解释，在这里简单一点说就是long unsigned  int ,我为什么特意把long标红呢？因为我们的GC使用的方法，是在64位环境下运行的，如果是32位的，那么就是unsigned int .

　　因为这段代码很长，所以我打算：先讲一部分，然后再讲剩下的部分，不然大家就算看注释，也会眼花的。

//函数返回值。如果这个函数是执行完返回的话将包含具有实际意义的数据，如果立即返回则包含状态信息--发送成功与否 -来自百度
HRESULT

//generation(代，比如你和你父母是2代人)
//
GCHeap::GarbageCollect (int generation, BOOL low_memory_p, int mode)
{
	//如果定义了64位的。。。也就是说，此GC的CLR是在64位运行时上跑的
#if defined(BIT64) 

	//如果定义了弱存储指针 PS：我也不知道怎么翻译，索性把low翻译成弱。
    if (low_memory_p)
    {
		//1.初始化：所有已经分配的空间
        size_t total_allocated = 0;
		//所有“想要”分配的空间
        size_t total_desired = 0;

		//如果定义了复杂堆（我自己翻译的）
#ifdef MULTIPLE_HEAPS
        int hn = 0;

		//n_heaps这个定义我没找到，不过我可以确定的是，这个肯定是和MULTIPLE_HEAPS有关的
		//大家可以把这个理解为MULTIPLE_HEAPS.Length
        for (hn = 0; hn < gc_heap::n_heaps; hn++)
        {
			//首先是定义一个“临时”的指针hp,让gc堆当中的每一项都指向这个变量。
            gc_heap* hp = gc_heap::g_heaps [hn];
			
			//把每一块想要分配的数量，叠加起来。
            total_desired += dd_desired_allocation (hp->dynamic_data_of (0));

			//总分配量=想要分配的-新分配的
            total_allocated += dd_desired_allocation (hp->dynamic_data_of (0))-
                dd_new_allocation (hp->dynamic_data_of (0));
        }

　　大家需要从上面的代码当中，掌握如下几个基础知识点：

　　一个是dynamic_data_of方法，它返回了一个dynamic_data类的指针变量，那我们乘胜追击，看看这个方法和类。

    PER_HEAP
    dynamic_data* dynamic_data_of (int gen_number);

　　首先是方法：

//返回dynamic_data_table的第一个Table，大家可以类比.net中的DataSet
inline
dynamic_data* gc_heap::dynamic_data_of (int gen_number)
{
    return &dynamic_data_table [ gen_number ];
}

　　然后我们再来看看这个dynamic_data_table，

    PER_HEAP
    dynamic_data dynamic_data_table [NUMBERGENERATIONS+1];

　　下面来看这张图，突然我恍然大悟，所谓的DataTable,就是我们每次使用的DataSet,其实底层是放在堆栈上面的，以复杂堆的方式存放，而每个DataTable，其实就是堆栈当中的小小的组成而已，不止我理解得对不对。

 

其中上面代码中的下面2个方法，都是和dynamic_data有关系的。其中ptrdiff_t类型变量通常用来保存两个指针减法操作的结果，这也是需要.NET程序员注意的，毕竟搞.NET是不和指针打交道的。

inline
size_t& dd_desired_allocation (dynamic_data* inst)
{
  return inst->desired_allocation;
}

inline
ptrdiff_t& dd_new_allocation (dynamic_data* inst)
{
  return inst->new_allocation;
}

　　大家还要注意一下小细节，就是+=其实是先+=，再减去新分配的空间。

　　今天就说这么多了，因为我还要做其他的事情，最后跟大家卖个关子，那些说.NET没技术含量的人，其实是不了解.NET原理的人。下面的就是一个比较复杂的类，这里面定义了超多的友元类，也就是说，GC表面上是一段代码，其实这就是一部重型航空母舰，需要我们去探索它的结构。

　　爱因斯坦曾经说过一句名言：追求真理比占有真理更可贵。我们要做的，不仅仅是一颗螺丝钉。