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.NET Framework: 271. C#에서 확인해 보는 관리 힙의 인스턴스 구조 [링크 복사], [링크+제목 복사]
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글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
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C#에서 확인해 보는 관리 힙의 인스턴스 구조

지난 글에서, 배열과 일반 참조형에 대한 관리 힙의 인스턴스 구조를 살펴보았는데요.

일반 참조형의 기본 메모리 소비는 얼마나 될까요?
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1174

.NET Array는 왜 12 bytes의 기본 메모리를 점유할까?
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1173

.NET 참조 개체 인스턴스의 Object Header를 확인하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1175

어려운 windbg를 사용하지 않아도 C#에서 간단하게 unsafe/fixed를 이용하여 확인을 하는 것도 가능합니다.

어떻게 그럴 수 있는지 ^^ 배열부터 시험삼아서 테스트를 해볼까요? ".NET Array는 왜 12 bytes의 기본 메모리를 점유할까?"글에서 배열은 다음과 같은 구조를 갖는다고 설명했었습니다.

-4 : OBJECT HEADER(예: SyncBlock Index를 담는 용도)
+0 : MethodTable Address
+4 : 배열 요소 크기
+8 ~ : 값 배열

위의 값을 구해오기 위해서, C#으로는 다음과 같이 코딩을 할 수 있습니다.

static unsafe void Main(string[] args)
{
    int [] test = new int[1];
    test[0] = 0xff;

    Console.WriteLine("int [] ================== ");
    fixed (int *p1 = &test[0])
    {
        Console.WriteLine("OBJECT Header(SyncBlock Index): " + (*(p1 - 3)).ToString("x"));
        Console.WriteLine("MethodTable Address: " + (*(p1 - 2)).ToString("x"));
        Console.WriteLine("배열 요소 크기: " + (*(p1 - 1)).ToString("x"));
        Console.WriteLine("0번째 배열 값: " + (*(p1 - 0)).ToString("x"));
    }
}

// 출력 결과
OBJECT Header(SyncBlock Index): 0
MethodTable Address: 72fd28b8
배열 요소 크기: 1
0번째 배열 값: ff

만약, test 인스턴스에 대해 lock 구문을 걸면 Object Header의 값이 변경된 것을 확인할 수 있습니다.

Console.WriteLine("locked int [] ================== ");
lock (test)
{
    fixed (int* p1 = &test[0])
    {
        Console.WriteLine("OBJECT Header(SyncBlock Index): " + (*(p1 - 3)).ToString("x"));
		...[생략]...
    }
}

// 출력 결과
OBJECT Header(SyncBlock Index): 1

출력된 0x72fd28b8 값이 MethodTable 주솟값인지 확인하려면 windbg를 사용하여 !dumpobj 명령어를 실행해야만 하는데, 실제로 해보시면 값이 맞다는 것을 알 수 있습니다.

그 다음, 일반 참조 개체의 인스턴스 메모리를 살펴볼 차례인데요. 아쉽게도 object 형 개체에 대해서는 직접적으로 포인터를 받아올 수 없고 다음과 같이 해당 개체에 정의된 필드의 주소를 가져오는 방식을 사용하여 우회할 수 있습니다.

class Program
{
    public int value = 0xff;

    static unsafe void Main(string[] args)
    {
        Program pg = new Program();

        fixed (int* p2 = &pg.value)
        {
            Console.WriteLine("OBJECT Header(SyncBlock Index): " + (*(p2 - 2)).ToString("x"));
            Console.WriteLine("MethodTable Address: " + (*(p2 - 1)).ToString("x"));
            Console.WriteLine("첫번째 필드 값: " + (*(p2 - 0)).ToString("x"));
        }
    }
}

// 출력결과

SyncBlock Index: 0
MethodTable Address: 1d3810
첫번째 필드 값: ff




지금까지 살펴본 코드에 착안해서 ^^ 현실성은 다소 떨어지지만... 재미있는 실험을 하나 해볼까요? ^^

다음은, 무한 대기 상태로 빠지는 예제입니다.

class Program
{
    public int value = 0xff;

    static void LockThread(object lockObject)
    {
        lock (lockObject)
        {
            Console.WriteLine("You can't see this message!");
        }
    }


    static unsafe void Main(string[] args)
    {
        Program pg = new Program();

        lock (pg)
        {
            Thread t1 = new Thread(LockThread);
            t1.Start(pg);
            t1.Join();
        }
    }
}

그런데, 다음과 같이 강제로 SyncBlock Index 값을 설정/해제하는 코드를 작성하고,

unsafe static void ForceSetLock(object lockObject, int oldValue)
{
    Program pg = lockObject as Program;

    fixed (int* p2 = &pg.value)
    {
        *(p2 - 2) = oldValue;
    }
}

unsafe static int ForceReleaseLock(object lockObject)
{
    Program pg = lockObject as Program;
    int lastValue = 0;

    fixed (int* p2 = &pg.value)
    {
        lastValue = *(p2 - 2);
        *(p2 - 2) = 0;
    }

    return lastValue;
}

LockThread에서 lock을 얻는 앞 뒤로 다음과 같이 처리를 해주면,

static void LockThread(object lockObject)
{
    int oldValue = ForceReleaseLock(lockObject);
    lock (lockObject)
    {
        Console.WriteLine("You can't see this message!");
    }
    ForceSetLock(lockObject, oldValue);
}

^^ 정상적으로 lock을 얻는 것을 확인할 수 있습니다. 참고로, ForceSetLock을 호출하지 않는 경우 - 즉, 나중에 SyncBlock index 값을 돌려놓지 않으면 t1.Join() 함수에서 다음과 같은 예외가 발생합니다.

System.Threading.SynchronizationLockException was unhandled
  Message=Object synchronization method was called from an unsynchronized block of code.
  Source=ConsoleApplication1
  StackTrace:
       at ConsoleApplication1.Program.Main(String[] args) in D:\...\Program.cs:line 57
       at System.AppDomain._nExecuteAssembly(RuntimeAssembly assembly, String[] args)
       at System.AppDomain.ExecuteAssembly(String assemblyFile, Evidence assemblySecurity, String[] args)
       at Microsoft.VisualStudio.HostingProcess.HostProc.RunUsersAssembly()
       at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(Object state)
       at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state, Boolean ignoreSyncCtx)
       at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
       at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart()
  InnerException: 

암튼... 재미있는 탐구였지요? ^^

(첨부된 파일은 위의 코드를 포함한 예제 프로젝트입니다.)




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 1/12/2021 ]

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댓글 쓴 사람
 



2021-01-12 04시10분
[jt] 첫번째 예제는 -6, -4, -2로 해야 뭔가 비슷하게 나오는데 x64 라서 그런걸까요?
[손님]
2021-01-12 09시17분
@jt 다음의 글에 정리해 두었으니 참고하세요.

x64 환경에서 참조형의 기본 메모리 소비는 얼마나 될까요?
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12486

또한 이번 글에 포함된 예제 코드도 x64 환경에서 동작하게 수정했으니 다시 내려받아 테스트하시면 됩니다.
정성태
2021-01-12 10시56분
[jt] 감사합니다 👍
[손님]

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