Android Dalvik虚拟机基础

Dear 丶 2022-05-31 07:29 285阅读 0赞

Android Dalvik虚拟机（尽管现在被art取代，但不代表它一无是处，了解dalvik有助于理解art）

在Android 4.4之前，Dalvik一直是Android中默认的虚拟机，后面推出了ART运行环境机制，逐步完全取代了Dalvik。Dalvik 和art都可以支持已经转换为.dex格式的java应用程序的运行。

一、Dalvik VM，JVM的差异：

1）多数JVM都是基于堆栈的，而DalvikVM是基于寄存器的，通常基于栈的机器需要更多的指令，而基于寄存器的机器指令更大。基于stack的vm必须使用指令来载入stack上的数据，或使用指令来操纵数据，所以需要更多的指令。

尽管Dalvik虚拟机 运行的是java语言，但是它不是按照java虚拟机规范来实现的，所以两者并不兼容。

2）在java se程序中，java类会被编译成一个或多个字节码文件.class，然后打包到jar文件，而后jvm虚拟机会从相应的Class文件和jar文件中获取相应的字节码；

Android应用的java类在编译成Class文件后，会通过一个工具dx将所有的class文件转换成一个DEX文件，而后dalvik从中读取指令和数据。

3）Dalvik VM经过优化，允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机实例，并且每一个Dalvik VM应用作为一个独立的Linux进程执行。

二、Dalvik VM的特征

DEX文件格式会把所有的Class文件内容整合到一个文件中，减少了整体的文件尺寸和IO操作，也提高了类的查找速度。原来每个类文件中的常量池，在dex文件中由一个常量池负责管理。

每个虚拟机实例都是一个独立的进程空间，zygote是一个虚拟机实例的孵化器，当系统需要执行一个android应用程序，zygote就会fork一个子进程来执行该应用程序。

这样做的优点：zygote进程是系统启动时创建的，他会完成虚拟机的初始化、库的加载、预制类库的加载和初始化等操作；当系统需要一个新的虚拟机实例，zygote通过复制自身，快速的提供了一个子系统；对于一些只读性的系统库来说，所有虚拟机实例都和zygote共享一块内存区域，节省了内存开销。

基于寄存器的dalvikVM虽然在硬件通用性上差一些，但是在代码的执行效率上更快，可以更有效的减少冗余指令的分发和减少内存的读写访问。

三、Dalvik VM的架构

在AOSP源码中，Dalvik vm源码在dalvik/目录下，被编译成libdvm.so；dalvik/libdex会被编译成libdex.a静态库，作为dex工具使用，dalvik/dexdump是.dex文件的反编译工具；

Dalvik虚拟机的架构如图：

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Dalvik VM各个子目录的功能：

Dalvikvm：虚拟机命令行调用入口文件的目录，用来解释命令行参数，调用库函数接口等。

Dexdump：生成dex文件反编译查看工具。

Dexlist：生成查看dex文件里所有类的方法的工具。

Dexopt：生成dex优化工具。

Dvz：生成从zygote请求生成虚拟机实例的工具。

Dx：生成从java字节码转换为dalvik机器码的工具。

Hit：生成显示堆栈信息/对象信息的工具。

Libcore：dalvik vm核心类库，提供给上层的应用程序调用。

Libnativehelper：dalvik vm核心库的支持库函数。

四、Dalvik vm命令

Dalvik vm支持命令行参数，可以通过系统参数影响虚拟机的行为。

1） 基本命令

通过setprop 设置系统特性

Adb shell setprop name value

这些系统设定是在zygote进程中处理的。

2） 扩展的jni检测

扩展jni检测会导致系统变慢，但可以发现一个bug，这个功能通过-Xcheck:jni命令行激活。

参数ro.kernel.Android.checkjni，dalvik.vm.checkjni覆盖了前一个参数，这两个参数会影响到这个功能

3） 断言

Dalvik vm支持java语言的断言表达式，默认是关闭的，可以通过dalvik –ea 参数设置。

4） 字节码校验和优化

Dalvik vm尝试预校验dex文件中的所有类，降低class的负担，使用优化提升运行性能，上述功能是通过dexopt命令实现的。

两个标记控制jit优化和校验：-Xverify和-Xdexopt。

5） Dalvik VM的运行模式

包括三种独立的解释内核：快速（fast），可移植（portable），调试（debug），快速解释器是为当前平台优化的，可能包括手动优化的汇编文件；可移植解释器是用C写的，可在广泛的平台的上使用；调试解释器是可移植解释器的变种，包括了支持程序分析（Profiling）和单步。

6） 死锁预测

如果虚拟机以WITH\_DEADLOCK\_PREDECTION参数编译，死锁预测器会在-Xdeadlockpredict参数中使能。这个特性让虚拟机移植跟踪对象的锁获取顺序，如果程序试图以与之前看到不同的顺序获取一些锁，vm会log一个warning。

7） Dump堆栈跟踪

Dalvik vm 收到SIGQUIT（kill -3或ctrl -\\）时，会为所有线程dump所有的堆栈跟踪，默认写入log，也可以写入一个文件。

Dalvik.vm.stack-trace-file特性指定要将线程堆栈追踪写入的文件名。

8） Dex文件和校验

VM提供了-Xcheckdexsum参数，如果设置了，在内容使用前所有的dex文件都会进行和校验。

出于性能考虑，优化过的dex文件和校验被取消了。

五，ART机制基础

在ART环境下，应用在第一次安装的时候，字节码会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用，这个过程称为预编译（AOT，ahead-of-time），从而加快应用的启动和执行。

ART完全兼容dalvik的字节码格式dex文件。

相对于dalvik垃圾回收的两次暂停（遍历阶段，标记阶段），art只暂停一次。在遍历阶段，应用不需要暂停，标记阶段的暂停时间也缩短了，这是基于packard pre-cleaning技术。

Art源码在AOSP工程下的art/目录。

其中的compiler：主要负责Dalvik字节码到本地代码的转换，编译为libart-compiler.so；

Dex2oat：完成dex文件到ELF文件转换，编译为dex2oat；AOT技术是在编译阶段将ｊａｖａ代码翻译成针对目标平台的机器码，但是对于第三方的ａｐｋ事先不知道它将运行于那个具体的硬件平台，ａｏｔ就不适合了，所以在ａｐｋ在配置了ａｒｔ的设备上安装时，会调用一个精简的编译器dex2oat来完成动态的翻译工作。

Runtime：ART运行时源代码，编译为libart.so。

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