Android安全与逆向之Dalvik虚拟机架构和如何执行程序以及JIT（即时编译）



1、Dalvik虚拟机架构和Java虚拟机的架构不同

1、Java虚拟机基于栈结构，需要频繁从栈读取或写入数据，这个过程需要更多的指令与内存访问次数，会消耗cpu时间
2、Dalvik虚拟机基于寄存器，数据访问通过寄存器直接传递，比栈方式快。

 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));
 }
}

保存为Hello.java文件，打开终端执行
javac Hello.java 编译生存Hello.class文件
然后再执行 dx --dex --output=Hello.dex Hello.class 生存dex文件
javap -c -classpath .Hello 命令执行后得到下面代码：

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()函数的Dalvik字节码，执行下面命令
dexdump.exe -d Hello.dex
得到如下代码
   0000:add-int v0, v3, v4
   0002:sub-int v1, v3, v4
   0004:mul-int/2addr v0, v1
   0005:return v0

Java字节码分析：8个命令 8个字节，至于怎么压栈进栈就不详细讲了
Dalvik字节码分析：4条命令完成操作
代码指令减少，速度更快。

2、Dalvik虚拟机如何执行程序的

Android系统有Linux内核、函数库、Android运行时、应用程序框架和应用层组成。Dalvik虚拟机属于Android运行时环境

Android系统启动加载完成内核后，第一个执行的是init进程，init进程首要做的是设备初始化工作，然后读取inic.rc文件并启动系统中的重要的外部程序Zygote
Zygote是所有进程的孵化器，它启动会初始化Dalvik虚拟机，然后启动system_server并进入Zygote模式，通过socket等候命令，当执行一个Android应用程序时，system_server
进程通过socket方式发送命令给Zygote,Zygote收到命令后通过fork自身创建一个Dalvik虚拟机的实例来执行应用程序的入口函数，这样程序启动完成，流程图如下

Zygote提供3种创建进程的方法
1、fork(),创建一个Zygote进程
2、forkAndSpecialize()创建一个非Zygote进程
3、forSystemServer()创建一个系统服务进程
Zygote可以再fork()出其他进程，非Zygote进程不可以fork其它进程，而系统服务进程在终止后它的子进程也必须终止
当进程fork()成功之后，执行的工作就交给Dalvik虚拟机，Dalvik虚拟机首先通过loadClassfromDex()函数完成类的装载工作，每个类成功解析后会拥有一个classObject
类型的数据结构存储在运行时环境中，虚拟机使用gDvm.loadedClasses全局哈希表来存储与查询所有装载进来的类，然后字节码验证器是有那个dvmVerifyCodeFlow()函数对装入的daim进行
校验，然后虚拟机调用FindClass()函数查找并装载main方法类，随后调用dvmInterpret（）函数初始化解释器并执行字节码流，过程如下

3、Dalvik虚拟机JIT（既时编译）

JIT（既时编译）,又为动态编译，是一种通过运行时将字节码编译为机器猫的技术，让程序执行更快Android2.2以上
JIT包含2两字节码编译方式
1、method方式：以函数或方法为单位进行编译
2、trace方式：以trace为单位进行编译
trace方式解释：函数的有些路径在实际运行过程中很少被执行的，这部分代码为“冷路径”，而执行比较频繁的路径为“热路径”传统的method方式会编译整个方法的代码，这
会在“冷路径”上浪费很多编译世家，消耗内存，trace方式能快速获取“热路径”，更短时间和内存编译代码。

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