Доклад для конференции .NET разработчиков

1. 9-я конференция .NET разработчиков
12 октября 2014
dotnetconf.ru
Внутреннее устройство GC
Мурадов Артем
http://muradov.pro/

2. 2
Garbage collection
Что это?
Зачем это?

3. 3
Garbage collection
Висячие ссылки
Утечки памяти
Двойное освобождение памяти
Эффективная реализация неизменяемых структур данных
Быстрое выделение памяти
Требует дополнительных ресурсов
Момент начала сборки мусора заранее неизвестен
Отсутствие RAII

4. 4
Как это работает
Принцип работы
• За сборку мусора отвечает среда исполнения
• Точное время начала автоматической сборки мусора определить
невозможно
Достижимость объектов
• Корневые объекты
• Объекты, на которые ссылаются достижимые

5. 5
Алгоритмы сборки мусора
• Копирующая сборка мусора
• Подсчет ссылок
• Сборка на основе трассировки
• ……

6. 6
Копирующая сборка мусора
Выделение памяти происходит
очень быстро
Требуется в 2 раза больше памяти
Требует перемещений большого
объема памяти

7. 7
Подсчет ссылок
Определение достижимых объектов тривиально
Счетчик занимает память
Сложно работать с циклическими ссылками
Замедляет присваивание ссылок

8. 8
Сборка на основе трассировки
Циклические ссылки не проблема
Отсутствие фрагментации памяти
Требуется время на маркировку
Требуется время на сжатие
Требует остановки рабочих потоков

9. 9
Стратегии сборки мусора
• Неперемещающие
1. Быстрое освобождение
2. Долгое выделение
• Перемещающие
1. Быстрое выделение памяти
2. Совместные объекты в кэше
3. Необходимость дефрагментации – долго!
4. Изменение ссылок на перемещенные объекты – опасно!
5. Работа с небезопасным кодом

10. 10
.NET
• Сборщик мусора и управляемая куча
• Корни и поколения
• Финализаторы и ресурсы
• Слабые ссылки
• Мониторинг

11. 11
Сборщик мусора и управляемая куча
Быстрое выделение памяти – просто сдвиг
указателя на начало свободного участка памяти
Явно освобождать память не нужно – это забота
сборщика мусора
Если в куче места не хватает, начинается сборка
мусора

12. 12
Фазы сборки мусора
• Маркировка
• Очистка
• Сжатие

13. 13
Условия начала сборки мусора
Недостаточно физической памяти в системе.
Память, используемая объектами, выделенными в
управляемой куче, превышает допустимый
порог. Этот порог непрерывно корректируется во
время выполнения процесса.
Вызывается метод GC.Collect. Практически во всех
случаях вызов этого метода не потребуется, так как
сборщик мусора работает непрерывно. Этот метод
в основном используется для уникальных
ситуаций и тестирования.

14. 14
Корни
Статические поля
Параметры методов
Локальные переменные
Регистры процессора
GCHandle сборщика мусора (Normal/Pinned)
Указатели в очереди финализации

15. 15
Пример с таймером

16. 16
Поколения объектов
Поколение – серия объектов с
близким временем существования.
• Чем младше объект, тем короче его время жизни
• Чем старше объект, тем длиннее его время жизни
• Уборка мусора в части кучи выполняется быстрее, чем
во всей куче

17. 17
Поколения объектов
Сборка мусора только текущего поколения и
всех меньших поколений
Объект младшего поколения может
ссылаться на объект старшего
Write Barrier и Card Table

18. 18
Очистка и сжатие
• Очистить память
• Переместить
объекты
• Обновить ссылки

19. 19
Ещё глубже

20. 20
Финализация
Механизм, позволяющий объекту выполнить корректную очистку,
прежде чем сборщик мусора освободит занятую им память.
Любой тип, выполняющий функцию оболочки машинного ресурса,
должен поддерживать финализацию.
• Отдельный поток для
финализации
• Объекты в очереди на
финализацию подобны
корням
• Воскрешение
• Вызывается даже при
исключении в конструкторе

21. 21
System.Runtime.ConstrainedExecution.CriticalFinalizerObject
• Компиляция методов финализации
• Вызов финализаторов происходит после
объектов, не унаследованных от
CriticalFinalizerObject
• Финализаторы вызываются даже если домен
приложения был аварийно завершен
• System.Runtime.InteropServices.SafeHandle для
ресурсов Windows
• System.Runtime.InteropServices.CriticalHandle

22. 22
Финализация управляемого
ресурса
• Больше времени на выделение памяти
• Объект и все, на что он ссылается, переходит в
старшее поколение
• Удаление требует ресурсов
• Шаблон освобождения ресурсов
• Dispose & Close
• RAII & IDisposable
• using

23. 23
GC handle table
• System.Runtime.InteropServices.GCHandle
• GCHandleType (Weak / WeakTrackRessurrection / Normal / Pinned)
• Сборщик мусора и GCHandle
 Маркировка
 Weak
 Список финализации
 WeakTrackRessurrection
 Очистка и сжатие

24. 24
Слабые ссылки
• System.WeakReference
• Не работает с Normal и Pinned
• Не реализует IDisposable
• Занимает больше места
• Находится в куче
• Слабые делегаты
• System.Runtime.CompilerServices.ConditionalWeakTable<TKey,
TValue>

25. 25
Другие возможности GC
• GC.AddMemoryPressure, GC.RemoveMemoryPressure
• System.Runtime.InteropServices.HandleCollector
• System.Runtime.MemoryFailPoint
• System.GC.Collect
• System.GC.MaxGeneration
• System.GCCollectionMode
• Default
• Forced
• Optimized
• …

26. 26
Режимы сборки мусора
• Рабочая станция
• Параллельная (маркировка)/фоновая сборка мусора (2)
• Однопоточная сборка мусора
• Сервер
• На каждый процессор отдельная куча
• На каждый процессор отдельный поток
System.Runtime.GCSettings.LatencyMode
 Batch
 Interactive
 LowLatency
 SustainedLowLatency

27. 27
Куча больших объектов (LOH)
• Специальная область для больших объектов (85 000 байт
и более)
• Считается размер объекта
• Поколение 2
• Пулинг
• Free Space Table
System.Runtime.GCSettings.LargeObjectHeapCompactionMode
• Default
• CompactOnce

28. 28
Мониторинг
• int System.GC.CollectionCount(int generation)
• long System.GC.GetTotalMemory(bool forceFullCollection)
• Счетчики производительности
• CLR Profiler
• SOS.dll

29. 29
Источники
http://msdn.microsoft.com/
http://blogs.msdn.com/
http://blogs.msdn.com/b/abhinaba/ (Abhinaba Basu [MSFT])
https://wikipedia.org
http://sergeyteplyakov.blogspot.ru/2012/10/net.html

30. 30
Спасибо за внимание
Мурадов Артем
http://muradov.pro/
tym32167@gmail.com
twitter.com/tym32167