dalvik虚拟机启动及运行

Zygote启动

这个称作孵化器的进程由init进程创建,之后创建了SystemServer(其中包括包管理服务,应用程序组件管理服务)。
当我们需要通过应用程序组件管理服务(ActivityManagerService)创建新进程时,会通过Socket进程间通信机制,通知Zygot进程为应用程序创建一个新的进程。

虚拟机启动

前面的Zygote在启动时,会运行AndroidRuntime类的成员函数start.
这里有个关键java的入口,好像java就是从这里开始运行的,com.android,internal.os.Zygoteinit.虚拟机也是从这里开始运行的。这个类的main退出时,也就是Zygote进程准备要退出的时候。

startVM

AndoridRuntime类里启动虚拟机的函数。
这里包含了很多启动参数,运行模式等

JNI_CreateJavaVM

这里创建了虚拟机的实例,JavaVMExt对象,创建JNI环境(JNIEnvExt对象),初始化虚拟机实例(dvmStartup)。
设置当前线程执行状态,返回调用者JavaVMExt和JNIExt,分别通过输出参数p_vm和p_env.

JavaVMExt成员变量funcTable保存了虚拟机实例的函数表。

JNIEnvExt用来在java和C/C++函数之间相互调用。并且多个线程对应的JNIEntExt组成了一个列表,第一个JINIExt表示的是主线程。

dvmCreateJNIEnv

这里会创建JNI环境,还有个JNINativeInterface的结构体,本地接口表。当我们需要在C/C++代码中 调用java函数,就要用到这个本地接口表。
findClass寻找java类,GetMethodID获得java类的成员函数,CallObjectMethod函数间接调用之。GetFeildID获得java类成员变量.当然还可以注册反注册jNI方法到java类中。

dvmStartup

初始化虚拟机
我这里关注下
1.dvmClassStartup ,用来初始化类加载器。这里是加载JAVA用的。dalvik/vm/oo/Class.c
2.dvmNativeStartup 加载so库加载 表,用来描述当前进程那些SO文件已经被加载过了。 dalvik/vm/Native.c
3.dvmInternalNativeStartup 初始化内部native函数表。

虚拟机运行

正如我们上面所得,得到JNIEnv的环境变量后,我们就可以进行函数调用了。我们通过这个结构体的成员变量function来实现函数的调用。
1.对应的java调用利用CallStaticVoidMethod(其实是由dvmCallMethodV实现的)函数执行参数clazz和methodID所描述的Java代码。
2.dvmCallMethodV这个函数其实是java和native都可以执行的,但是会通过检测method 的描述函数来判断是否是JNI方法,如果是就执行native,否则执行java函数。
3.dvmCallMethodV在执行java的时候还会调用一个dvmInterpret的函数,这个函数有几种模式,可以在初始化的时候确定。而dvmInterpret就是我们在执行Java过程中的解释器。

以Zygote进程为例,Dalvik虚拟机解释器就是以com.android.internal.os.ZygoteInit类 的静态成员函数main为入口点执行的,然后在Socket循环等待ActivityManagerService服务向它发送创建新的应用程序进程的请求。
而以Android应用程序进程为例,Dalvik虚拟机解释器就是以android.app.ActivityThread类的静态成员函数main为入口点执行,然后在消息队列上进行循环,用来等待和处理主线程的消息。

JNI注册

systemlaod——–nativelaod———-Dalvik_java_lang_runtime_nativeLoad(C++层)——-dvmaLoadNativeCode—–dlopen

然后就是native层函数对应java层的调用方式标记。是用jniRegisterNativeMethods(调用了函数表中RegisterNative)的实现。

xposed框架实现原理

为了进一步对虚拟机有较深的理解,我这里把xpose框架的各种文档也查看和阅读了下。总结成如下的图:
这里把流程图分割成了三份,作的图有点大了。
简单说xpose的框架就是核心的替换虚拟机中的执行过程中的java调用过程,如何实现这个过程?
1.是通过替换系统的app_process可执行文件实现虚拟机中函数的执行地址替换。
2.把java函数替换到native后通过调用XposedBridge.jar来实现自定义函数的调用和原函数的调用
3.具体native到java的实现大致如图2
XposeInstall是用来实现安装整个xpose框架的。
XposedMods:管理自己开发的插件app.
图1

图2

图3
这里含有个关键的函数hookMethodNative,这个函数提供一个方法对象利用Java的Reflection机制来对内置方法覆写,也就是过程2.
不过我看了最新版的xpose源码,很多函数的名字改了,不过看了下原理差不多,根据上面的流程很容易看懂就不说了。

ART模拟器的简单介绍

dalvik和ART是通过标志来判断和切换的。运行的大致过程都是从Androidruntime:start开始的
art虚拟机不一定会利用解释器,原理就是翻译dex成本地机器码,然后直接调用即可。(因为android本身是基于linux系统的)
art生成的oat文件本身包含dex部分和elf可执行部分,通过一定的对应关系实现调用。其实这也可以算是一种解释方式。映射式的解释方式。
oat是在安装的时候生成的, 运行时包含两种指令,dex指令和本地指令,会分别通过解释模式和本地模式执行。
这里写图片描述

小结

研究了一段时间android的虚拟机,感觉光从代码角度来讲,很容易看的云里雾里。主要原因如下:
代码对于计算机来讲无非就是数字和字符形式的字节流。而人类为了设计和阅读代码必须要把代码抽象成具体的事物,便于描述和记录。但我们设计的东西很多其实并没有十分清晰的现实事物的对应,比如虚拟机。在现实中就没这种事物,那么就只能把抽象的东西进行进一步的分割具体化。比方说,孵化器,解释器,线程池等,然而这些东西还是不够具体,就只能更进一步的具体化解释。这样多解释几次反而把程序的本质给解释的更复杂了。
所以,阅读代码就很容易产生困惑。为了较为清晰的解决这些困惑,我个人觉得阅读代码千万不能毫无侧重点。这里可能要把握两点:
1.就是对象初始化的状态,这个是我们程序描述的对象的一种状态,不管任何对象,如何抽象,都会描述为某一种状态。(包括成员变量中的各种值,定义,结构等)
2.对象接口方法对状态的更改,及一种状态到另一种状态的改变。(主要就是成员变量,结构,定义的状态改变)
其实不管抽象成什么东西,不外乎就是这两种东西。
另外学习代码最好要找到自己需求的逻辑主线,我这里阅读的主线就是虚拟机对于java类加载过程,和natvie方法注册及解析过程的还原。

Xposed框架原理深入研究
http://blog.csdn.net/zhangmiaoping23/article/details/52572447

Dalvik虚拟机的启动过程分析
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8885792

Dalvik虚拟机的运行过程分析
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8914953

Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8923483

Android Hook框架Xposed原理与源代码分析
http://blog.csdn.net/wxyyxc1992/article/details/17320911

Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析 - CSDN博客
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/18006645

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转载自blog.csdn.net/bme314/article/details/79177546