Dalvik源码阅读笔记（一）

dalvik 虚拟机启动入口在 JNI_CreateJavaVM()， 在进行完 JNIEnv 等环境设置后，调用 dvmStartup() 函数进行真正的 DVM 初始化。

jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {
    --snip--
    std::string status = dvmStartup(argc, argv.get(),
        args->ignoreUnrecognized, (JNIEnv*)pEnv);
    --snip--
}

dvmStartup() 进行了一系列 DVM 子模块初始化工作，主要关注 dvmInternalNativeStartup() ，这个函数用来初始化一个内部 Native 函数集。

std::string dvmStartup(int argc, const char* const argv[],
        bool ignoreUnrecognized, JNIEnv* pEnv)
{
    --snip--
    if (!dvmInlineNativeStartup()) {
        return "dvmInlineNativeStartup";
    }
    --snip--
}

所有需要直接访问 Dalvik 虚拟机内部函数或者数据结构的 Native 函数都需要定义在这个集合中，dvmInlineNativeStartup() 创建了函数集的 HashTable 用于快速访问。

bool dvmInternalNativeStartup()
{
    DalvikNativeClass* classPtr = gDvmNativeMethodSet;
    --snip--
    gDvm.userDexFiles = dvmHashTableCreate(2, dvmFreeDexOrJar);
    --snip--
}

查看 gDvmNativeMethodSet 变量定义：

static DalvikNativeClass gDvmNativeMethodSet[] = {
    --snip--
    { "Ldalvik/system/DexFile;", dvm_dalvik_system_DexFile, 0 },
    --snip--
};

所有与 DEX 文件操作相关的 Native 函数都定义在 dvm_dalvik_system_DexFile() 中

const DalvikNativeMethod dvm_dalvik_system_DexFile[] = {
    { "openDexFileNative",  "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;I)I",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFileNative },
    { "openDexFile",        "([B)I",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFile_bytearray },
    { "closeDexFile",       "(I)V",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_closeDexFile },
    { "defineClassNative",  "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/ClassLoader;I)Ljava/lang/Class;",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_defineClassNative },
    { "getClassNameList",   "(I)[Ljava/lang/String;",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_getClassNameList },
    { "isDexOptNeeded",     "(Ljava/lang/String;)Z",
        Dalvik_dalvik_system_DexFile_isDexOptNeeded },
    { NULL, NULL, NULL },
};

openDexFileNative 与 openDexFile 函用于打开一个 DEX 文件，区别是 openDexFile 是 Opening in-memory DEX，而 openDexFileNative 读取的是磁盘文件。

Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFileNative() 函数用于打开 jar 或 DEX 文件。

这里的 jar 也可以是 APK 文件，即用户安装的应用，他们本质都是 zip 压缩包。

DEX 文件走 dvmRawDexFileOpen() 函数分支。

jar 文件走 dvmJarFileOpen() 函数分支，这是最常见的方式。

--snip--
    } else if (dvmJarFileOpen(sourceName, outputName, &pJarFile, false) == 0) {
        ALOGV("Opening DEX file '%s' (Jar)", sourceName);

        pDexOrJar = (DexOrJar*) malloc(sizeof(DexOrJar));
        pDexOrJar->isDex = false;
        pDexOrJar->pJarFile = pJarFile;
        pDexOrJar->pDexMemory = NULL;
    } else {
    --snip--

dvmJarFileOpen() 执行成功后，在 pJarFile 中保存了 zip 文件，dex（实际为 opt 过的 odex 文件） 文件加载到内存的地址：

struct JarFile {
    ZipArchive  archive;
    //MemMapping  map;
    char*       cacheFileName;
    DvmDex*     pDvmDex;
};

继续看 dvmJarFileOpen() 函数实现：

int dvmJarFileOpen(const char* fileName, const char* odexOutputName,
    JarFile** ppJarFile, bool isBootstrap)
{
    /* 将 zip 读入内存 archive 中 */
    if (dexZipOpenArchive(fileName, &archive) != 0) 
        goto bail;
        
    fd = openAlternateSuffix(fileName, "odex", O_RDONLY, &cachedName);
    if (fd >= 0) {
        /* 如果缓存中存在 fileName.odex 文件 */
        if (!dvmCheckOptHeaderAndDependencies(fd, false, 0, 0, true, true)) { /* 检查如果不是新的，跳转到 tryArchive */
            ALOGE("%s odex has stale dependencies", fileName);
            goto tryArchive;
        } else {
            ALOGV("%s odex has good dependencies", fileName);
        }
    } else { 
        ZipEntry entry;
tryArchive:
        /* 查找 zip 中的 DEX 文件 */
        entry = dexZipFindEntry(&archive, kDexInJarName);
        if (entry != NULL) {
            /* 优化为 odex */
            dvmOptimizeDexFile(...);
        }
    }
    /* 将 odex 文件映射到内存 pDvmDex */
    if (dvmDexFileOpenFromFd(fd, &pDvmDex) != 0) {  
        ALOGI("Unable to map %s in %s", kDexInJarName, fileName); 
        goto bail;
    }
    /* 初始化 pJarFile 结构体 */
    (*ppJarFile)->archive = archive;
    (*ppJarFile)->cacheFileName = cachedName;
    (*ppJarFile)->pDvmDex = pDvmDex;
}

DEX 在内存加载完成后，挂载到 HashTable 上：

addToDexFileTable(pDexOrJar);

dvmOptimizeDexFile() 是一个重要的函数，它通过 fork 执行 /bin/dexopt 程序进行 DEX 优化操作。代码在 OptMain.cpp 中

dvmOptimizeDexFile() 设置了“–dex”参数，它决定了 dexopt 函数中的分支：

argv[curArg++] = "--dex";

int main(int argc, char* const argv[])
{
    set_process_name("dexopt");
--snip--
    if (argc > 1) {
        if (strcmp(argv[1], "--zip") == 0)
            return fromZip(argc, argv);
        else if (strcmp(argv[1], "--dex") == 0)
            return fromDex(argc, argv);
        else if (strcmp(argv[1], "--preopt") == 0)
            return preopt(argc, argv);
    }
    --snip--
}

–dex 走 fromDex() 分支，主要优化在 dvmContinueOptimization() 函数完成：

/* do the optimization */
if (!dvmContinueOptimization(fd, offset, length, debugFileName,
        modWhen, crc, (flags & DEXOPT_IS_BOOTSTRAP) != 0))
{
    ALOGE("Optimization failed");
    goto bail;
}

bool dvmContinueOptimization(int fd, off_t dexOffset, long dexLength,
    const char* fileName, u4 modWhen, u4 crc, bool isBootstrap)
{
--snip--
    /* 映射整个文件到内存 */
    void* mapAddr;
    mapAddr = mmap(NULL, dexOffset + dexLength, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (mapAddr == MAP_FAILED) {
        ALOGE("unable to mmap DEX cache: %s", strerror(errno));
        goto bail;
    }
    
        
    /* rewriteDex 主要做对齐，大小端转换等操作 */
    success = rewriteDex(((u1*) mapAddr) + dexOffset, dexLength, doVerify, doOpt, &pClassLookup, NULL);
    
    u1* dexAddr = ((u1*) mapAddr) + dexOffset;
    /* 经常在这个里下断或Hook脱壳，因为完成了rewriteDex
        完成由 DEX File 到内存 pDvmDex 结构的映射
    */
    if (dvmDexFileOpenPartial(dexAddr, dexLength, &pDvmDex) != 0) {
        ALOGE("Unable to create DexFile");
        success = false;
    }
    
    /* 最后生成 odex 文件 */
    --snip--
}

int dvmDexFileOpenPartial (const void* addr, int len, DvmDex** ppDvmDex)
{
    DvmDex* pDvmDex;
    DexFile* pDexFile;
--snip--
    pDexFile = dexFileParse((u1*)addr, len, parseFlags);
    
    pDvmDex = allocateAuxStructures(pDexFile);
    pDvmDex->isMappedReadOnly = false;
    *ppDvmDex = pDvmDex;
--snip--
}

/*
 * Parse an optimized or unoptimized .dex file sitting in memory.  This is
 * called after the byte-ordering and structure alignment has been fixed up.
 *
 * On success, return a newly-allocated DexFile.
 */
DexFile* dexFileParse(const u1* data, size_t length, int flags)

疑问：
1.为什么没有直接opt前dump的文章？为什么要在rewriteDex后，Hook 验证之