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(번역글) .NET Internals Cookbook Part 6 - Object internals


이번에도 .NET Internals Cookbook 시리즈의 6번째 글을 번역한 것입니다.

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 1 - Exceptions, filters and corrupted processes
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11838

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 2 - GC-related things
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11869

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 3 - Initialization tricks
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11871

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 4 - Type members
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11872

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 5 - Methods, parameters, modifiers
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11873

.NET Internals Cookbook Part 6 - Object internals
; https://blog.adamfurmanek.pl/2019/03/23/net-internals-cookbook-part-6/

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 7 - Word tearing, locking and others
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11876

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 8 - C# gotchas
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11877

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 9 - Finalizers, queues, card tables and other GC stuff
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11878

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 10 - Threads, Tasks, asynchronous code and others
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11879

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 11 - Various C# riddles
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11882

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 12 - Memory structure, attributes, handles
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11891





36. Shim이란?

지난 글에서 Native와 .NET EXE의 EntryPoint에 대한 설명을 했는데요.

EXE를 LoadLibrary로 로딩해 PE 헤더에 있는 EntryPoint를 직접 호출하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11858

windbg - .NET x86 CLR2/CLR4 EXE의 EntryPoint
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11861

windbg - .NET x64 EXE의 EntryPoint
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11863

어쨌든 .NET EXE의 실행은 초기에 어셈블리의 메타데이터를 체크해 그에 맞는 .NET 런타임을 로드한 후 _CorExeMain으로 실행을 넘기는 일련의 작업을 합니다. 이러한 mscoree.dll의 작업을 "Shim"을 로딩한다고 합니다.

이런 작업은 개발자가 임의로 C/C++ 언어를 이용해 작성할 수 있으며 이에 대해서는 전에 다음의 글로 설명한 적이 있습니다.

.NET EXE 파일을 닷넷 프레임워크 버전에 상관없이 실행할 수 있을까요? - 두번째 이야기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1746

사실 Shim이란 용어는 유사한 상황에서 자주 사용됩니다. 가령 64비트 운영체제에서 32비트 응용 프로그램을 실행한 경우 32비트 함수 호출을 64비트 API에 투명하게 연결해 주는 WoW64 층도 Shim이라고 불립니다.





37. 구조체의 최소 크기는?

단순히 생각해 보면 필드가 없는 경우라면,

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(Foo))); // 출력 결과: 1
        Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(Bar))); // 출력 결과: 4
    }
}

struct Foo { }

struct Bar { int x; }

당연히 구조체의 크기는 0이 나와야겠지만, 그렇게 되면 2개의 구조체 인스턴스가 정의된 경우,

Foo a1 = new Foo();
Bar b2 = new Bar();

a1의 구조체 크기가 0이므로 b2가 가리키는 변수도 같은 지점이 될 것입니다. 따라서 이러한 상황을 방지하기 위해 필드가 없는 구조체일지라도 최소 1바이트의 크기를 점유합니다.

그렇다면 구조체가 아닌 클래스라면 어떨까요? 이에 대해서는 전에 설명한 데로,

windbg에서 확인해 보는 관리 힙의 인스턴스 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1559

C#에서 확인해 보는 관리 힙의 인스턴스 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1176

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

다음의 3가지 영역을 필요로 하므로,

Object Header + MethodTable + (비어 있어도) Field 1개 영역

32비트에서는 12바이트, 64비트에서는 24바이트가 필요하게 됩니다.





38. sync block이란?

이 글의 답변은 다음의 글로 대신합니다.

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

windbg에서 확인해 보는 관리 힙의 인스턴스 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1559





39. 최소 몇 개의 AppDomain이 있을까?

별도의 AppDomain을 생성하지 않았다면 System Domain, SharedDomain, 기본 Domain까지 총 3개가 생성됩니다. 원 글(.NET Internals Cookbook Part 6 - Object internals)에서는 각각의 도메인에 대해 다음과 같이 설명하고 있는데,

  1. System Domain - mscorlib를 로드하고 OutOfMemoryException, StackoverflowException, ExecutionEngineException 예외들이 필요할 때 항상 발생할 수 있도록 미리 생성, 문자열 풀 관리(interning)
  2. Shared Domain - mscorlib, System 네임스페이스의 타입 및 그와 관련된 코드
  3. Default - 사용자 코드 및 자원을 포함

사실, Shared Domain과 Default 간의 역할은 어셈블리 공유 방식에 따라 다르기 때문에 언제나 저렇다고 설명할 수는 없습니다. 이에 대해서는 다음의 글을 참고하세요.

.NET - 눈으로 확인하는 SharedDomain의 동작 방식
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10948





40. 값 형식(value type)도 Method Table이 있을까?

당연히 값 형식에도 Method Table이 있습니다. 하지만, 값 형식의 경우 반드시 Boxing이나 가상 메서드를 호출해야만 그 시점에 Method Table이 등록됩니다. 예를 들어 다음의 코드를,

using System;

namespace ConsoleApp
{
    class Program
    {
        public static void Main()
        {
            Foo foo = new Foo();

            Console.WriteLine(foo.ToString());

            object obj = foo;
            Bar(obj);
        }

        static void Bar(object foo)
        {
            Console.WriteLine(foo.ToString());
            Console.ReadLine();
        }
    }

    struct Foo
    {
        public override string ToString()
        {
            return "Some string";
        }
    }
}

빌드해 windbg로 붙여보면 다음과 같이 ConsoleApp1.dll에 정의된 MT 목록을 확인할 수 있고, 그 안에는 분명히 Foo struct 항목을 포함하고 있습니다.

0:000> !name2ee * Program
Module:      00007ffb9c1c1000
Assembly:    mscorlib.dll
--------------------------------------
Module:      00007ffb3ea74128
Assembly:    ConsoleApp1.exe

0:000> !dumpmodule -mt 00007ffb3ea74128
Name:       C:\temp\cookbook_series6_sample\q40\ConsoleApp1\bin\Debug\ConsoleApp1.exe
Attributes: PEFile SupportsUpdateableMethods
Assembly:   0000013c26ae9070
LoaderHeap:              0000000000000000
TypeDefToMethodTableMap: 00007ffb3ea70070
TypeRefToMethodTableMap: 00007ffb3ea70090
MethodDefToDescMap:      00007ffb3ea70128
FieldDefToDescMap:       00007ffb3ea70158
MemberRefToDescMap:      0000000000000000
FileReferencesMap:       00007ffb3ea70168
AssemblyReferencesMap:   00007ffb3ea70170
MetaData start address:  0000013c268620d0 (1652 bytes)

Types defined in this module

              MT          TypeDef Name
------------------------------------------------------------------------------
00007ffb3ea75a18 0x02000002 ConsoleApp.Program
00007ffb3ea75ac8 0x02000003 ConsoleApp.Foo

Types referenced in this module

              MT            TypeRef Name
------------------------------------------------------------------------------
00007ffb9c8e9d78 0x02000010 System.Object
00007ffb9c8ebb00 0x02000011 System.ValueType
00007ffb9c860928 0x02000012 System.Console

당연히 값 형식이 stack에 놓일 때는 Object header 및 MT 값이 없지만 (박싱되어) 힙에 놓일 때는 Object Header와 MT 값이 있습니다. 확인을 위해 clrstack 명령어로 로컬 변숫값을 확인하고,

0:000> !clrstack -a -i

Dumping managed stack and managed variables using ICorDebug.
=============================================================================
Child SP         IP               Call Site
000000229e36e968 00007ffbbabdf754 [NativeStackFrame]
000000229e36e9f0 00007ffb9c74e276 000000229e36ea28 (null) [Managed to Unmanaged transition: 000000229e36ea28]
000000229e36ead0 00007ffb9cf7d43a [DEFAULT] I4 System.IO.__ConsoleStream.ReadFileNative(Class Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle,SZArray UI1,I4,I4,Boolean,Boolean,ByRef I4) (C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll)

...[생략]...

PARAMETERS: (none)

LOCALS:
  + ConsoleApp.Foo foo @ 0x229e36ed70
  + ConsoleApp.Foo obj @ 0x13c28626038

000000229e36ed90 00007ffb3eb804ae [DEFAULT] Void ConsoleApp.Program.Main() (C:\temp\cookbook_series6_sample\q40\Consol)

PARAMETERS: (none)

LOCALS: (none)

000000229e36edd0 00007ffb9e186da3 [NativeStackFrame]
Stack walk complete.
=============================================================================

foo, obj 변수가 갖는 메모리를 덤프해 보면,

0:000> dq 0x229e36ed70-8 L4
00000022`9e36ed68  0000013c`28626030 00000000`00000000
00000022`9e36ed78  00000022`9e36f000 00000022`9e36edc0

0:000> dq 0x13c28626038-8 L4
0000013c`28626030  00007ffb`3ea75ac8 00000000`00000000
0000013c`28626040  00000000`00000000 00007ffb`9c8ea8e8

foo의 변수는 구조체 필드의 값 그대로를 가리키고 있는 반면(따라서 MT 값 위치에 이전 스택 값에 불과한, 위에서는 0000013c`28626030이 들어 있지만), obj 변수의 위치 -8에는 정확히 Foo struct에 대한 MT 값(00007ffb`3ea75ac8)이 들어 있습니다.





41. delegate 클래스의 부모 클래스

이 정도는 다들 아시겠지만 ^^ 직접 코드로 확인해 볼 수 있습니다.

using System;

public class Program
{
    delegate void X();

    public static void Main()
    {
        X x = Foo;
        Console.WriteLine(x.GetType().BaseType);
        Console.WriteLine(x.GetType().BaseType.BaseType);
        Console.WriteLine(x.GetType().BaseType.BaseType.BaseType);
    }

    static void Foo() { }
}

/* 출력 결과
System.MulticastDelegate
System.Delegate
System.Object
*/





42. 배열의 부모 클래스와 구현 인터페이스

다음의 코드로,

using System;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Foo[] foo = new Foo[5];
        Console.WriteLine(foo.GetType().BaseType);
        foreach (var type in foo.GetType().GetInterfaces())
        {
            Console.WriteLine(type);
        }
    }
}

class Foo
{
}

/* 출력 결과
System.Array
System.ICloneable
System.Collections.IList
System.Collections.ICollection
System.Collections.IEnumerable
System.Collections.IStructuralComparable
System.Collections.IStructuralEquatable
System.Collections.Generic.IList`1[Foo]
System.Collections.Generic.ICollection`1[Foo]
System.Collections.Generic.IEnumerable`1[Foo]
System.Collections.Generic.IReadOnlyList`1[Foo]
System.Collections.Generic.IReadOnlyCollection`1[Foo]
*/

1차원 배열의 기반 클래스가 System.Array이고 기타 구현된 인터페이스를 확인할 수 있습니다. 재미있는 것은, 2차원 이상의 배열에 대해서는 제네릭 인터페이스 구현이 누락된다는 점입니다.

Foo[,] foo = new Foo[5, 4];
Console.WriteLine(foo.GetType().BaseType);
foreach (var type in foo.GetType().GetInterfaces())
{
    Console.WriteLine(type);
}

/* 출력 결과
System.Array
System.ICloneable
System.Collections.IList
System.Collections.ICollection
System.Collections.IEnumerable
System.Collections.IStructuralComparable
System.Collections.IStructuralEquatable
*/

또한, 포인터 배열에 대해서도 제네릭 인터페이스 구현이 없습니다.

unsafe
{
    int*[] foo = new int*[5];
    Console.WriteLine(foo.GetType().BaseType);
    foreach (var type in foo.GetType().GetInterfaces())
    {
        Console.WriteLine(type);
    }
}

/* 출력 결과
System.Array
System.ICloneable
System.Collections.IList
System.Collections.ICollection
System.Collections.IEnumerable
System.Collections.IStructuralComparable
System.Collections.IStructuralEquatable
*/





43. 인덱스가 0부터 시작하지 않는 배열을 만들 수 있을까?

C#의 배열 생성 문법으로는 무조건 인덱스가 0부터 시작하지만 Array.CreateInstance 메서드의 3번째 인자를 이용하면 인덱스의 시작을 지정할 수 있습니다.

예를 들어, 다음의 코드는 첫 번째 요소의 인덱스 시작점을 2로 지정한 배열을 생성합니다.

using System;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        // int 형으로 1차원의 배열을 시작점이 2인 것으로 생성
        Array array = Array.CreateInstance(typeof(int), new int[] { 1 }, new int[] { 2 });

        array.SetValue(123, 2); // 첫 번째 요소에 123을 지정
        Console.WriteLine(array.GetValue(2)); // 첫 번째 요소의 값을 반환

        Console.WriteLine(array.GetValue(0)); // 런타임 예외 발생 - Unhandled Exception: System.IndexOutOfRangeException: Index was outside the bounds of the array.
    }
}





44. string interning이란?

프로그램 상에는 중복되는 문자열이 사용되는 경우가 많습니다. "string interning"은 그러한 중복 문자열을 관리해 메모리를 효율적으로 관리할 수 있는 방법입니다. 가령 다음의 소스 코드를 실행해 보면,

using System;
using System.Text;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        String s1 = "MyTest";
        String s2 = new StringBuilder().Append("My").Append("Test").ToString(); 
        String s3 = String.Intern(s2); 
        Console.WriteLine("s1 == '{0}'", s1);
        Console.WriteLine("s2 == '{0}'", s2);
        Console.WriteLine("s3 == '{0}'", s3);
        Console.WriteLine("Is s2 the same reference as s1?: {0}", (Object)s2==(Object)s1);
        Console.WriteLine("Is s3 the same reference as s1?: {0}", (Object)s3==(Object)s1);
    }
}

/* 출력 결과
s1 == 'MyTest'
s2 == 'MyTest'
s3 == 'MyTest'
Is s2 the same reference as s1?: False
Is s3 the same reference as s1?: True
*/

s1 == "MyTest"는 C# 소스 코드에 사용된 문자열 리터럴이기 때문에 문자열 Pool에 보관이 되는 반면 s2는 별도의 힙 메모리를 차지하게 됩니다. 하지만 같은 문자열이기 때문에 굳이 힙 메모리를 낭비하기보다는 문자열 Pool에 보관된 문자열이 있다면 그것을 반환하도록 Intern 메서드를 사용해 메모리를 절약할 수 있습니다.

참고로 위에서 == 연산자는 참조 주소를 반환한다고 전에 설명한 적이 있습니다.

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 4 - Type members
24. Equals 메서드와 == 연산자의 차이점
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11872#tag24

그런데 왜 굳이 (Object)로 형변환했을까요? 왜냐하면 string 타입은 == 연산자를 재정의해 순수 문자열을 비교하기 때문에 string.Equals 메서드와 역할이 같습니다. 따라서 Object로 형변환함으로써 string.Equals가 아닌 참조 비교를 하도록 의도한 것입니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)



[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]





[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 5/9/2019 ]

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