Android安全與逆向之Dalvik虛擬機架構(gòu)和如何執(zhí)行程序以及JIT（即時編譯）

1、Dalvik虛擬機架構(gòu)和Java虛擬機的架構(gòu)不同

1、Java虛擬機基于棧結(jié)構(gòu)，需要頻繁從棧讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，這個過程需要更多的指令與內(nèi)存訪問次數(shù)，會消耗cpu時間
2、Dalvik虛擬機基于寄存器，數(shù)據(jù)訪問通過寄存器直接傳遞，比棧方式快。

 

     public class Hello {
         public int foo(int a, int b) {
         return (a + b) * (a - b);
     }

 

    public static void main(String[] args) {
      Hello hello = new Hello();
      System.out.println(hello.foo(5, 3));
     }
    }


保存為Hello.java文件，打開終端執(zhí)行
javac Hello.java 編譯生存Hello.class文件
然后再執(zhí)行 dx --dex --output=Hello.dex Hello.class 生存dex文件
javap -c -classpath .Hello 命令執(zhí)行后得到下面代碼：

public int foo(int, int);
Code:
 0: iload_1
 1: iload_2;
   2: iadd
   3: iload_1
   4: iload_2
   5: isub
   6: imul
   7: ireturn

 


使用dexdump.exe查看foo()函數(shù)的Dalvik字節(jié)碼，執(zhí)行下面命令
dexdump.exe -d Hello.dex
得到如下代碼
   0000:add-int v0, v3, v4
   0002:sub-int v1, v3, v4
   0004:mul-int/2addr v0, v1
   0005:return v0
 

Java字節(jié)碼分析：8個命令 8個字節(jié)，至于怎么壓棧進棧就不詳細講了
Dalvik字節(jié)碼分析：4條命令完成操作
代碼指令減少，速度更快。
2、Dalvik虛擬機如何執(zhí)行程序的


Android系統(tǒng)有Linux內(nèi)核、函數(shù)庫、Android運行時、應用程序框架和應用層組成。Dalvik虛擬機屬于Android運行時環(huán)境


Android系統(tǒng)啟動加載完成內(nèi)核后，第一個執(zhí)行的是init進程，init進程首要做的是設備初始化工作，然后讀取inic.rc文件并啟動系統(tǒng)中的重要的外部程序Zygote
Zygote是所有進程的孵化器，它啟動會初始化Dalvik虛擬機，然后啟動system_server并進入Zygote模式，通過socket等候命令，當執(zhí)行一個Android應用程序時，system_server
進程通過socket方式發(fā)送命令給Zygote,Zygote收到命令后通過fork自身創(chuàng)建一個Dalvik虛擬機的實例來執(zhí)行應用程序的入口函數(shù)，這樣程序啟動完成，流程圖如下

Zygote提供3種創(chuàng)建進程的方法
1、fork(),創(chuàng)建一個Zygote進程
2、forkAndSpecialize()創(chuàng)建一個非Zygote進程
3、forSystemServer()創(chuàng)建一個系統(tǒng)服務進程
Zygote可以再fork()出其他進程，非Zygote進程不可以fork其它進程，而系統(tǒng)服務進程在終止后它的子進程也必須終止
當進程fork()成功之后，執(zhí)行的工作就交給Dalvik虛擬機，Dalvik虛擬機首先通過loadClassfromDex()函數(shù)完成類的裝載工作，每個類成功解析后會擁有一個classObject
類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲在運行時環(huán)境中，虛擬機使用gDvm.loadedClasses全局哈希表來存儲與查詢所有裝載進來的類，然后字節(jié)碼驗證器是有那個dvmVerifyCodeFlow()函數(shù)對裝入的daim進行
校驗，然后虛擬機調(diào)用FindClass()函數(shù)查找并裝載main方法類，隨后調(diào)用dvmInterpret（）函數(shù)初始化解釋器并執(zhí)行字節(jié)碼流，過程如下


3、Dalvik虛擬機JIT（既時編譯）


JIT（既時編譯）,又為動態(tài)編譯，是一種通過運行時將字節(jié)碼編譯為機器貓的技術(shù)，讓程序執(zhí)行更快Android2.2以上
JIT包含2兩字節(jié)碼編譯方式
1、method方式：以函數(shù)或方法為單位進行編譯
2、trace方式：以trace為單位進行編譯
trace方式解釋：函數(shù)的有些路徑在實際運行過程中很少被執(zhí)行的，這部分代碼為“冷路徑”，而執(zhí)行比較頻繁的路徑為“熱路徑”傳統(tǒng)的method方式會編譯整個方法的代碼，這
會在“冷路徑”上浪費很多編譯世家，消耗內(nèi)存，trace方式能快速獲取“熱路徑”，更短時間和內(nèi)存編譯代碼。


 

 
作者：chen.yu
深信服三年半工作經(jīng)驗，目前就職游戲廠商，希望能和大家交流和學習,
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