.Net Discovery系“.NET技术”列之-深入理解平台机制与性能影响 (中)

简介:   上一篇文章中Aicken为大家介绍了.Net平台的垃圾回收机制与其对性能的影响,这一篇中将继续为大家介绍.Net平台的另一批黑马—JIT。有关JIT的机制分析  ● 机制分析以C#为例,在C#代码运行前,一般会经过两次编译,第一阶段是C#代码向MSIL的编译,第二阶段是IL向本地代码的编译。

  上一篇文章中Aicken为大家介绍了.Net平台的垃圾回收机制与其对性能的影响,这一篇中将继续为大家介绍.Net平台的另一批黑马—JIT。有关JIT的机制分析

  ● 机制分析以C#为例,在C#代码运行前,一般会经过两次编译,第一阶段是C#代码向MSIL的编译,第二阶段是IL向本地代码的编译。第一阶段的编译成果是生成托管模块,第二阶段的编译成果是生成本地代码以供运行,从这里各位同学可以看出,第一阶段生成的MSIL是不能直接运行的。必须指出的是JIT在第一次编译IL后,会修改对应方法相应的内存地址入口,下一次需要执行这个方法时,CLR会直接访问对应的内存地址,而不会经过JIT了。

  以Load()方法为例,假如Load()方法中调用了两次同类型中的方法:

 
 
Void Load(){A.a1( " First " );A.a1( " Second " );}
  
static class A{Public void a1( string str){上海网站建设}
  Public
void a2( string str){}
  Public
void a3( string str){}}

  运行时,操作系统会根据托管模块中各种头信息,装载相应的运行时框架,Load()被加载,由于是第一次加载,这会触发对Load()的即时编译,JIT会检测Load()中引用的所有类型,并结合元数据遍历这些类型中定义的所有方法实现,并用一个特殊的HashTable(仅用于理解)储存这些类型方法与其对应的入口地址(在未被JIT前,这个入口地址为一个预编译代理(PreJitStub),这个代理负责触发JIT编译),根据这些地址,就可以找到对应的方法实现。在初始化时,HashTable中各个方法指向的并不上海企业网站设计与制作是对应的内存入口地址,而是一个JIT预编译代理,这个函数负责将方法编译为本地代码。注意,这里JIT还没有进行编译,只是建立了方法表!

图2方法表、方法描述、预编译代理关系

  图2中所示的MS核心引擎指的是一个叫做MSCorEE的DLL,即Microsoft .NET Runtime Execution Engine,它是一个桥接DLL,连同mscorwks.dll主要完成以下工作:

  1.查找程序集中包含的对应类型清单,并调用元数据遍历出包含的方法。

  2.结合元数据获得这个方法的IL。

  3.分配内存。

  4.编译IL本地代码,并保存在第3步所分配的内存中。

  5.将类型表(就是指上文中提到的HashTable)中方法地址修改为第3步所分配的内存地址。

  6.跳转至本地代码中执行。所以随着程序的运行时间增加,越来越多的方法的IL被编译为本地代码,JIT的调用次数也会不断减少。下面借助WinDbg来证实以上的说法,加载WinDbg的过程略。以下测试源代码可以从这里下载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 = " 调用完毕! " ;}}
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() { }}}

使用name2ee命令遍历所有已加载模块,如下图:

图3 查看类型信息

  回车后注意高亮区域的信息:

图4 JIT前A类型的信息

  高亮区域显示的是,这说明虽然运行和程序,但未点击按钮时,A类型未被JIT,因为它还没有入口地址。这一点体现了即时、按需编译的思想。同样,!name2ee *!JITTester.B和!name2ee *!JITTester.C命令会得到同样的结果。好,现在继续,Detach Debuggee进程,并回到程序中点击GO按钮

图5 点击按钮

  然后重新附加进程,这时程序已经调用了new A().a1()方法,并重新执行令!name2ee *!JITTester.A ,注意高亮部分

图6 JIT后A类型的信息

  和图4中的信息比较,图6中的方法表地址已经变为JIT后的内存地址,这时图2中的Stub槽将被一条强制跳转语句替换,跳转目标与该地址有关。这一点说明JIT在大多情况下,只编译一次代码。同样命令查看B类型:

图7 JIT后B类型的信息

  该类型未被调用,所以还未被JIT。C类型:

图8 JIT后C类型的信息

  由于实例化A类型时和C类型相关,所以C类型已经JIT了。这就是一个类型被JIT的全部过程。

  ● 性能影响分析通过以上的分析,大家已经能够了解,即时编译这个过程是在运行时发生的,这会不会对性能产生影响呢?事实上答案是虽然是肯定的,但这种开销物有所值,并且如上所说的,JIT在第一次编译IL后,会修改对应方法相应的内存地址入口(绕口啊~~),下一次需要执行这个方法时,CLR会直接访问对应的内存地址,而不会经过JIT了。

  1.JIT所造成的性能开销并不显著。

  2.JIT遵循计算机体系理论中两个经典理论:局部性原理与8020原则。局部性原理指出,程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令,这包括空间的和时间的,将局部性原理引申可以得出,程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令,以及这些正在使用的数据和指令临近的数据和指令(凭印象写的,但不曲解原意);而8020原则指出,系统大多数时间总是花费80%的时间去执行那20%的代码。根据这两个原则,JIT在运行时会实时的向前、后优化代码,这样的工作只有在运行时才可以做到。

  3.JIT只编译需要的那一段代码,而不是全部,这样节约了不必要的内存开销。

  4.JIT会根据运行时环境,即时的优化IL代码,即同样的IL代码运行在不同CPU上,JIT编译出的本地代码是不同的,这些不同代码面向自己的CPU做出了优化。

  5.JIT会对代码的运行情况进行检测,并对那些特殊的代码经行重新编译,在运行过程中不断优化。此外你可以利用NGen.exe创建托管程序集的本机映像,运行该程序集时,就会自动使用该本机映像而不是JIT它们。这听起来似乎很美妙,但是你必须做好以下准备:

  1.当FrameWork版本、CPU类型、操作系统版本发生变化时,.Net会恢复JIT机制。

  2.NGen.exe工具并不能避免发布IL,事实上,即使使用NGen.exe工具,CLR依然会使用到元数据和IL。

  3.忽略了局部性原理(上一节中提到的),系统会加载整个映像文件到内存中,并很可能重定位文件,修正内存地址引用。

  4.NGen.exe生成的代码无法在运行时进行优化,无法直接访问静态资源,也无法在应用程序域之间共享程序集。所以,除非你已十分清楚程序性能是由于首次编译造成的性能问题,否则尽量不要人工生成本地代码。

  JIT很优秀,它不但有编译的本事,还会根据内存资源情况换出使用率低的代码,节省资源,这对于一些基于.Net平台的电子产品是很重要的。基于B/S模式运行的系统,如果使用率较高,可以基本忽略JIT带来的性能损失,因为根据局部性原理与8020原则,常用的模块都是编译完毕的,只有那些不常用的模块,在第一次使用时会被编译,并损失用一些时间。

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