GC终结标记 SuspendEE 是怎么回事

一：配景

1. 讲故事

写这篇是起源于训练营里有位朋侪提到了一个题目，在 !t -special 输出中有一个 SuspendEE 字样，这个字样在 coreclr 中怎么弄的？输出如下：

1. 0:000> !t -special
2. ThreadCount:      3
3. UnstartedThread:  0
4. BackgroundThread: 2
5. PendingThread:    0
6. DeadThread:       0
7. Hosted Runtime:   no
8.                                                                                                             Lock  
9. DBG   ID     OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
10.    0    1     4ab0 000001CC44E5C490    2a020 Cooperative 0000000000000000:0000000000000000 000001cc44e520d0 -00001 MTA (GC)
11.   11    2     19d8 000001CC44E84700    21220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001cc44e520d0 -00001 Ukn (Finalizer)
12.   12    3     6668 000001CC44ED4520    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001cc44e520d0 -00001 MTA
14.           OSID Special thread type
15.         0 4ab0 SuspendEE
16.        10 3b6c DbgHelper
17.        11 19d8 Finalizer

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哈哈，其实我特别能理解，很多人学了高级调试之后好奇心会爆棚，看啥都想探究底层，有一种技术上的重生，这篇我们就好好聊一聊。
二：WinDbg 分析

1. SuspendEE 标记是什么

这个单词全称为 Suspend Engine Execution， 即 冻结执行引擎 ，那冻结执行引擎的入口方法在哪里呢？这个磨练着你对GC运作骨架图的熟悉，在 coreclr 源码中有一个骨架图，简化后如下：

1.      GarbageCollectGeneration()
2.      {
3.          SuspendEE();
4.          garbage_collect();
5.          RestartEE();
6.      }
7.      
8.      garbage_collect()
9.      {
10.          generation_to_condemn();
11.          gc1();
12.      }

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上面的 SuspendEE() 即 SOS 中的 SuspendEE 标记的入口函数，接下来我们深入探究下这个方法。
2. SuspendEE 到底做了什么

假如你细致阅读过 SuspendEE() 方法的源代码，你会发现核心枚举变量是 ThreadType_DynamicSuspendEE，它起到了定乾坤的作用，参考代码如下：

1. thread_local size_t t_ThreadType;
3. void ThreadSuspend::SuspendEE(SUSPEND_REASON reason)
4. {
5.     // set tls flags for compat with SOS
6.     ClrFlsSetThreadType(ThreadType_DynamicSuspendEE);
7. }
9. void ClrFlsSetThreadType(TlsThreadTypeFlag flag)
10. {
11.     t_ThreadType |= flag;
13.     gCurrentThreadInfo.m_EETlsData = (void**)&t_ThreadType - TlsIdx_ThreadType;
14. }
16. enum PredefinedTlsSlots
17. {
18.     TlsIdx_ThreadType = 11 // bit flags to indicate special thread's type
19. };
21. enum TlsThreadTypeFlag // flag used for thread type in Tls data
22. {
23.     ThreadType_DynamicSuspendEE = 0x00000020,
24. }

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从上面的代码中可以看到 t_ThreadType 是一个 C++ 级的线程本地存储，意味着每一个线程都有其备份，同时它也是 SuspendEE 标记的核心来源，假如 m_EETlsData 的第 11号 槽位为 0x20 的时候， SuspendEE 标记就会被成功打下，而且可以通过 gCurrentThreadInfo.m_EETlsData 变量去跟踪来源，有了这么多信息之后，接下来就可以代码验证了。
三：案例验证

1. 一段测试代码

代码非常简单，就是一个简单的手工 GC触发。

1.     internal class Program
2.     {
3.         static void Main(string[] args)
4.         {
5.             Debugger.Break();
7.             GC.Collect();
9.             Console.ReadLine();
10.         }
11.     }

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接下来使用 windbg 在入口的 SuspendEE 方法上下断点 bp coreclr!ThreadSuspend::SuspendEE 观察，截图如下：

一旦将 ThreadType_DynamicSuspendEE=0x20 赋值之后，接下来用 windbg 去做个验证。

1. 0:000> x coreclr!*gCurrentThreadInfo*
2. 000001a1`668ee8c0 coreclr!gCurrentThreadInfo = struct ThreadLocalInfo
4. 0:000> dx -id 0,0 -r1 (*((coreclr!ThreadLocalInfo *)0x1a1668ee8c0))
5. (*((coreclr!ThreadLocalInfo *)0x1a1668ee8c0))                 [Type: ThreadLocalInfo]
6.     [+0x000] m_pThread        : 0x1a166902e50 [Type: Thread *]
7.     [+0x008] m_pAppDomain     : 0x1a166948b40 [Type: AppDomain *]
8.     [+0x010] m_EETlsData      : 0x1a1668ee880 [Type: void * *]
10. 0:000> dp 0x1a1668ee880
11. 000001a1`668ee880  00000000`00000000 00000000`00000000
12. 000001a1`668ee890  00000000`00000000 00000000`00000000
13. 000001a1`668ee8a0  00000000`00000000 00000000`00000000
14. 000001a1`668ee8b0  00000000`00000000 00000000`00000000
15. 000001a1`668ee8c0  000001a1`66902e50 000001a1`66948b40
16. 000001a1`668ee8d0  000001a1`668ee880 00000000`00000020

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从上面输出可以看到 000001a1668ee8d0+0x8 地址的内容已经被成功种下，相信这时候 !t -special 也能拿到标记了。

1. 0:000> !t -special
2.                                                                                                             Lock  
3. DBG   ID     OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
4.    0    1     640c 000001A166902E50    2a020 Preemptive  000001A16B0094A8:000001A16B00A5B8 000001a166948b40 -00001 MTA (GC)
5.   11    2     3e50 000001A16692B2D0    21220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001a166948b40 -00001 Ukn (Finalizer)
6.   12    3     6a24 000001A16699F8F0    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001a166948b40 -00001 MTA
8.     OSID Special thread type
9.         0 640c SuspendEE
10.        10 76b0 DbgHelper
11.        11 3e50 Finalizer

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那这个 0x20 什么时候被拿掉呢? 这个在源码中也能找到相应的答案，继续 go 运行，输出如下：

1. void ClrFlsClearThreadType(TlsThreadTypeFlag flag)
2. {
3.     t_ThreadType &= ~flag;
4. }
6. 0:012> dp 0x1a1668ee880
7. 000001a1`668ee880  00000000`00000000 00000000`00000000
8. 000001a1`668ee890  00000000`00000000 00000000`00000000
9. 000001a1`668ee8a0  00000000`00000000 00000000`00000000
10. 000001a1`668ee8b0  00000000`00000000 00000000`00000000
11. 000001a1`668ee8c0  000001a1`66902e50 000001a1`66948b40
12. 000001a1`668ee8d0  000001a1`668ee880 00000000`00000000

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当然假如你去寻找 sos 的源码实现，也会找到相应的答案。

1. HRESULT PrintSpecialThreads()
2. {
3.     ...
4.     if (ThreadType & ThreadType_DynamicSuspendEE)
5.     {
6.         type += "SuspendEE ";
7.     }
8.     ...
9.     return Status;
10. }

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四：总结

挖掘这个标记的前世今生转头看其实还是挺有意思的，coreclr 居然新增了 m_EETlsData 字段来给 sos 做妥协，哈哈，这彰显了 sos 一等公民的职位。

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