Dalvik虚拟机启动全程解析

本文试图记录Dalvik虚拟机启动时全过程。

0x01:启动点

我们知道，Android基于linux，linux的第一个进程为init,它启动别的进程，在Android中，它启动了zygote：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart media
    onrestart restart netd

从此， 代码从linux的世界进入到了Android的世界。

在上面可以看到，启动的脚本是/system/bin/app_process，在后面的分析中，我们发现，这个就是Dalvik虚拟机的启动点。app_process除了在init.rc中启动，也可以通过命令执行，比如am命令就是调用了app_process:

#!/system/bin/sh
#
# Script to start "am" on the device, which has a very rudimentary
# shell.
#
base=/system
export CLASSPATH=$base/framework/am.jar
exec app_process $base/bin com.android.commands.am.Am "$@"

0x02:app_process

既然确定了启动点，我们就来跟踪一下，为了简单，我们就分析init.rc的调用场景。

app_process的源码是app_main.cpp，其main函数主要做了几个事情：

1. 参数解析，通过源码，我们可以看到，启动虚拟机可以有很多很多的参数
2. 设置相关环境变量
3. 调用runtime.start，这个是真正启动虚拟机的地方，其参数为：com.android.internal.os.ZygoteInit，表明在启动虚拟机后，开始执行ZygoteInit来做Zygote的初始化。对于Zygote的初始化及后续的事情，本文不关心，我们还是集中于虚拟机的启动。

0x03:runtime.start

源码见AndroidRuntime.cpp

在AndroidRuntime::start中，主要做了几件事：

1. startVm，启动虚拟机
2. onVmCreated 执行启动后的回调
3. startReg，注册Andorid系统相关的native函数
4. 调用参数里面指定的类的main

重点是startvm和startReg，继续跟踪。

0x04:startVm

源码同样在AndroidRuntime.cpp

在AndroidRuntime::startVm中，主要做了几件事：

1. 大段的参数解析，解析到了JavaVMInitArgs中
2. JNI_CreateJavaVM，函数里面需要设置pJavaVM, pEnv指针，是为了后续的销毁虚拟机等操作。

0x05:JNI_CreateJavaVM

源码见Jni.cpp

在JNI_CreateJavaVM中，主要做了几件事情：

1. 根据参数，填充了gDvm中的相关参数
   关于gDvm:它的定义在Globals.h，其作用是保存许许多多的全局变量，在整个虚拟机中使用。
2. 初始化了JavaVMExt、JNIEnvExt等指针，这些分别对应的JNI中的JavaVM、JNIEnv，在JNI调用中必不可少。
3. dvmStartup 继续启动，重点是这个

0x06:dvmStartup

源码见Init.cpp

在dvmStartup中，主要做了几件事：

1. 继续解析参数，填充gDvm中的相关参数，参数是真多啊，说明虚拟机的可配置项还是挺多的。
2. dvmCheckAsmConstants，检查mterp interpreter用到的若干常量
3. dvmQuasiAtomicsStartup, 初始化原子操作的mutex
4. dvmGcStartup，初始化metex，初始化GC堆区
5. dvmThreadStartup，初始化线程相关的环境
6. dvmInlineNativeStartup，分配InlineNative相关的内存，将gDvm.inlinedMethods指向这块内存，所谓InlineNative就是指一些Java方法，使用了效率更高的C函数实现，执行这些方法时，直接调用到这些C函数，不用在执行字节码，和inLine有异曲同工之妙。
7. dvmRegisterMapStartup，分配MapStats的内存，将gDvm.registerMapStats指向这块内存，MapStats应该是和RegisterMap相关。
8. bool dvmInstanceofStartup()， 分配instanceofCache的内存，将gDvm.instanceofCache指向这块内存，目测这块内存会在instanceof操作时使用。
9. dvmClassStartup，比较复杂，分别说：
   9.1. 创建了一个Hash表，用来存放所有加载的类，将gDvm.loadedClasses指向这个Hash表
   9.2. 分配InitiatingLoaderList的内存，将gDvm.initiatingLoaderList指向这块内存，InitiatingLoaderList在寻找加载的类的时候会用到
   9.3. createInitialClasses，构建Ljava/lang/Class;的类对象，和所有的原类型的类对象：void,boolean,byte,short,char,int,long,float,double，至此，我们就可以使用这些类了。
   9.4. processClassPath，加载bootClassPath下的所有的jar(其实是dex)到gDvm.loadedClasses中，bootClassPath为：
   
   
   
   至此，Android framework相关的类也被加载了。
10. dvmFindRequiredClassesAndMembers，主要是将相关常用到的类、属性、构造器、方法等，直接关联到gDvm的相关指针上，省得每次都要去Hash表里面查。
11. dvmStringInternStartup，创建了internedStrings和literalStrings的Hash表，作用暂时不明。
12. dvmNativeStartup，创建用于保存sharedLib(也就是so)的Hash表，将gDvm.nativeLibs指向此表。以后每个加载的so的相关信息都会被保存到这个表中，其中一个作用当然是避免重复加载。
13. dvmInternalNativeStartup, 遍历很多类，设置这些类的classDescriptorHash，这些类如下：
    
    
    
    这些类来自于libcore中，对应的c实现在dalvik下。
14. dvmJniStartup,初始化了jni的全局引用表和全局弱引用表。（关于JNI，以后单独写一篇文章）
15. dvmProfilingStartup, 貌似和跟踪功能相关的初始化
16. dvmCreateInlineSubsTable,这里才将InlineNative类的Native方法和c实现建立了关联表，将gDvm.inlineSubs指向关联表。
17. dvmValidateBoxClasses，校验盒类对象，简单校验对象的属性只有一个：即value的定义。
18. dvmPrepMainForJni,创建了一个假的栈帧，将JNIEnv设置到当前的Thread中
19. dvmInitClass(gDvm.classJavaLangClass)，初始化Class类对象
20. registerSystemNatives, 将Class中的getDex注册到JNI中，加载libjavacore.so和libnativehelper.so
21. dvmCreateStockExceptions, 创建一些固定的Exception对象，并关联到gDvm上
22. dvmPrepMainThread, 创建相关的线程对象，将当前线程命令为main线程
23. dvmReferenceTableEntries(&dvmThreadSelf()->internalLocalRefTable) != 0 简单校验线程相关的local引用表当前是空的
24. dvmDebuggerStartup, 初始化调试相关的东西，比如断点什么的
25. dvmGcStartupClasses, 调用Ljava/lang/Daemons;的start方法，启动三个和GC相关的线程：

    public static void start() {
        ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.start();
        FinalizerDaemon.INSTANCE.start();
        FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.start();
    }

26. initZygote,挂在相关的文件系统，设置进程属性等。
27. 最后dvmCheckException，检查是否有错。

至此dvmStartup分析完毕。总结一下就是，分配相关内存，建立相关的联系，初始化相关环境，启动相关的线程。（相关这个词真是好用）

此时执行完0x03:runtime.start中中的第一步：startVm,第二步是一个回调，实现为空，继续分析第三步：startReg

0x07: startReg

源码见AndroidRuntime.cpp

在AndroidRuntime::startReg中，主要做了几件事：

1. register_jni_procs，将Android framework中所有的native方法注册到JNI中，这些类在framework.jar和framework2.jar中，c逻辑在libandroid_runtime.so中

至此，虚拟机的启动完成了，之后就会执行com.android.internal.os.ZygoteInit的main方法，开始在虚拟机中对Zygote进行初始化操作了。