工作站模式和服务器模式 以及并发GC

1.背景：

 .NET Framework 的 CLR（公共语言运行时，Common Language Runtime）的两种不同构建版本：Workstation（工作站版本） 和 Server（服务器版本）。这两个版本在底层实现上存在差异，主要针对不同的应用场景进行优化。
在早期 .NET Framework（如 2.0-3.5）中，CLR 的宿主（Hosting）机制通过不同的非托管代码模块实现，具体表现为：

• mscorwks.dll（Microsoft Common Object Runtime WorkStation）：工作站版本的 CLR 核心模块。
  
• mscorsvr.dll（Microsoft Common Object Runtime Server）：服务器版本的 CLR 核心模块。
  

这些模块由 C++ 编写，属于非托管代码，负责 CLR 的启动、内存管理（GC）、线程调度等核心功能
 
  1.非托管入口点

• CLR 的启动由非托管代码（C++）实现，入口模块为 mscoree.dll（Microsoft Component Object Runtime Execution Engine）。
  
• mscoree.dll 负责加载 mscorwks.dll 或 mscorsvr.dll，具体取决于配置。
  

       1.显示配置 
   通过配置文件（app.config）指定

1. <configuration>
2.   <runtime>
3.     <gcServer enabled="true"/>
4.     <gcConcurrent enabled="true"/>
5.   </runtime>
6. </configuration>

复制代码

　

• 或通过环境变量 COMPLUS_gcServer 设置为 1。
  

       2.隐式推断：
               若未显式配置，CLR 根据进程类型自动选择：
                          控制台应用、WinForms/WPF 默认使用 Workstation。
                          ASP.NET、Windows 服务等默认使用 Server（取决于宿主配置）。
        3.NET Framework 4.0 及之后：

• 
  
  
  
  • mscorwks.dll 和 mscorsvr.dll 合并为 clr.dll，但两种 GC 模式（Workstation/Server）仍然保留。
    
  • 通过配置选择 GC 模式，而非直接依赖不同的 DLL。
    
  
  

 
       4.NET Core / .NET 5+：
         完全重构的运行时（CoreCLR/CoreRT），不再区分 Workstation/Server 的 DLL。
         但 GC 模式（Workstation/Server）仍然存在，可通过配置选择：

1. dotnet yourapp.dll --GCName=Server

复制代码

1. Console.WriteLine($"当前GC模式: {(GCSettings.IsServerGC ? "Server" : "Workstation")}");

复制代码

            一般启用 Server GC 是利用多核并行性，同时在性能观察中，可以监控 GC 暂停时间，必要时调整 GCHeapCount 或 GCHeapAffinity。
 
 
 
2.目标场景

• Workstation（工作站版本）：
  
  
  
  • 优化目标：交互性（低延迟）和 单线程性能。
    
  • 适用场景：客户端应用程序（如桌面应用、WinForms/WPF）、需要快速响应的场景。
    
  
  
• Server（服务器版本）：
  
  
  
  • 优化目标：高吞吐量 和 多线程并行性。
    
  • 适用场景：服务器端应用程序（如 ASP.NET、后台服务）、多核 CPU 密集型任务。
    
  
  

Workstation GC：提供了一种默认的并发GC模式（当然这个是可以选择关掉）

• 并发 GC（Concurrent GC）：允许用户线程与 GC 线程交替执行，减少暂停时间。
  
• 适合需要低延迟的交互式应用，避免界面卡顿
  

Server GC：

•  多堆并行回收：
  
  
  
  • 为每个逻辑 CPU 核心分配独立的堆（Heap），减少线程竞争。
    
  • 使用专用 GC 线程（每个 CPU 核心一个线程），并行回收垃圾。
    
  
  
• 适合高吞吐量的多线程服务，最大化 CPU 利用率。
  

线程池调度

• Workstation：
  
  
  
  • 线程池的线程创建策略更保守，避免过度占用资源。
    
  
  
• Server：
  
  
  
  • 线程池初始分配更多线程（与 CPU 核心数相关），适应高并发请求。
    
  
  

 

 

 3.分代GC：内存管理的基础结构

     1.核心设计
         分代模型是 .NET GC 的核心设计，基于以下假设：

• 弱分代假设（Weak Generational Hypothesis）：大多数对象生命周期短暂，存活时间较短。
  
• 强分代假设（Strong Generational Hypothesis）：存活时间越长的对象，越不容易被回收。
  

因此，.NET 将堆内存划分为三个代：

• 第0代（Gen 0）：存放最新创建的对象。
  
• 第1代（Gen 1）：存放从 Gen 0 晋升的存活对象。
  
• 第2代（Gen 2）：存放从 Gen 1 晋升的长生命周期对象。
  

     2.分代GC的工作流程

• 新对象分配：所有新对象初始分配在 Gen 0。
  
• Gen 0 回收：
  
  
  
  • 当 Gen 0 满时触发回收。
    
  • 存活的对象晋升到 Gen 1。
    
  • 回收快速且频率高（通常仅需几毫秒）。
    
  
  
• Gen 1 回收：
  
  
  
  • 若 Gen 0 回收后 Gen 1 仍满，触发 Gen 1 回收。
    
  • 存活对象晋升到 Gen 2。
    
  
  
• Gen 2 回收：
  
  
  
  • 当 Gen 2 满时触发，回收耗时较长（可能数十到数百毫秒）。
    
  • 存活对象保留在 Gen 2。
    
  
  

      分代模型的优势在于减少扫描范围，避免每次回收都遍历整个堆
 
 
4.并发GC：减少暂停时间的执行策略

         并发 GC 是分代模型的一种补充优化，目标是最小化应用程序线程的暂停时间（Stop-The-World, STW）。
        其核心思想是：在 GC 回收过程中，允许应用程序线程继续执行。
      1.并发GC的具体实现

      在 .NET 的 Workstation GC（工作站模式） 中：

• 仅作用于 Gen 2 的回收：
  
  
  
  • Gen 0/1 的回收时间极短，直接采用 STW 暂停。
    
  • Gen 2 的回收耗时较长，因此使用并发模式。
    
  
  
• 并发阶段流程：
  
  
  
  • 初始标记（Initial Marking）：短暂暂停，标记根对象。
    
  • 并发标记（Concurrent Marking）：应用程序线程与 GC 线程并发执行。
    
  • 重新标记（Final Marking）：短暂暂停，修正并发期间对象状态变化。
    
  • 并发清理（Concurrent Sweep）：回收不可达内存，应用程序线程继续运行。
    
  
  

        2.并发GC的局限性

• 内存碎片：并发清理可能导致内存碎片化。
  
• CPU 资源竞争：GC 线程与应用程序线程共享 CPU 资源。
  

        3.可以关闭并发GC

行为并发 GC（默认）非并发 GC（禁用并发）Gen 2 回收暂停时间较短（分阶段暂停）较长（完全暂停）CPU 资源占用GC 线程与应用线程共享 CPUGC 独占 CPU，回收更快完成适用场景交互式应用（如 UI 程序）批处理任务、后台服务（允许较长暂停）

              需要说明的是：NET5中是这样设

1. / 设置延迟模式为 Batch（禁用并发 GC）
2. GCSettings.LatencyMode = GCLatencyMode.Batch;

复制代码

 
     禁用并发 GC 的适用场景

        a. 高吞吐批处理任务

                例如数据转换、离线计算等任务，允许完全暂停以换取更快的 GC 完成速度。
              优势：减少 GC 线程与应用线程的 CPU 竞争，提高整体吞吐量。
       b. 内存密集型后台服务

             若服务对延迟不敏感，但需要快速释放内存。
             示例：日志处理服务、文件压缩服务。
      c. 调试与分析

              禁用并发 GC 可以使 GC 行为更可预测，便于调试内存问题。
 
 
 
5.服务器模式 GC 的核心设计

服务器模式 GC 的底层逻辑是：

• 为每个逻辑 CPU 核心分配独立的堆（Heap），每个堆包含 Gen 0、Gen 1 和 Gen 2。
  
• 为每个堆分配专用的 GC 线程，并行执行垃圾回收。
  
• 共享大对象堆（LOH, Large Object Heap），所有堆共享同一个 LOH。
  

          在服务器模式下，Gen 2 的回收是并行的，但实现方式与 Gen 0/1 不同

• 全局触发：当任意堆的 Gen 2 满时，触发全局 Gen 2 回收。
  
• 多线程协同：
  
  
  
  • 分段标记（Segment Marking）：将 Gen 2 堆划分为多个逻辑段，每个 GC 线程负责一个段的标记。
    
  • 并行压缩（Parallel Compaction）：多个线程并行移动存活对象，减少内存碎片。
    
  
  
• 完全暂停（Stop-The-World）：
  
  
  
  • Gen 2 回收期间，所有应用程序线程暂停。
    
  • 但 GC 线程之间并行工作，最大化利用多核 CPU。
    
  
  

 
 
 
6.总结：

1. 工作站模式（Workstation GC）

a. Gen 0/1 回收

<ul>STW（完全暂停）：无论是否启用并发 GC，Gen 0/1 的回收均会完全暂停用户线程。

原因：Gen 0/1 回收极快（通常