Android 源码分析-Dalvik 虚拟机创建过程

2023-08-17 09:00:16

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一. 介绍Dalvik

1.java的运行需要JVM,同样android中使用了java语言，也需要一个VM。针对手机处理器和内存等硬件资源不足而推出来的一款VM，为android运行提供环境，叫DVM。

2.Dalvik虚拟机允许多个instance的存在。实际上android中的每一个app都是运行在自己VM实例之中(沙盒)。每一个VM实例在linux中又是一个单独的进程，所以可以认为是同一个概念。运行在自己的DVM进程之中，不同的app不会相互干扰，且不会因为一个DVM的崩溃导致所有的app进程都崩溃。这点来说，Android dvm的进程和Linux的进程, 应用程序的进程概念类似。

3.与JVM的区别：

1.基于架构的不同。JVM是基于栈的架构，而DVM是基于寄存器架构。
2.jvm运行的是字节码文件，而dvm运行自己定义的dex文件格式。

JVM编译过程 java->class->jar
DVM编译过程java->class->dex

总结dvm与jvm区别：

区别一：dvm执行的是.dex格式文件 jvm执行的是.class文件 android程序编译完之后生产.class文件，然后，dex工具会把.class文件处理成.dex文件，然后把资源文件和.dex文件等打包成.apk文件。apk就是android package的意思。 jvm执行的是.class文件。
区别二:dvm是基于寄存器的虚拟机而jvm执行是基于虚拟栈的虚拟机。寄存器存取速度比栈快的多，dvm可以根据硬件实现最大的优化，比较适合移动设备。
区别三：.class文件存在很多的冗余信息，dex工具会去除冗余信息，并把所有的.class文件整合到.dex文件中。减少了I/O操作，提高了类的查找速度

一张图了解dvm主要做的事：

二.Dalvik启动过程

//AndroidRuntime.cpp
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote)
{
    JavaVMInitArgs initArgs;
    char propBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    char stackTraceFileBuf[sizeof("-Xstacktracefile:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jniOptsBuf[sizeof("-Xjniopts:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heapstartsizeOptsBuf[sizeof("-Xms")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heapsizeOptsBuf[sizeof("-Xmx")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heapgrowthlimitOptsBuf[sizeof("-XX:HeapGrowthLimit=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heapminfreeOptsBuf[sizeof("-XX:HeapMinFree=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heapmaxfreeOptsBuf[sizeof("-XX:HeapMaxFree=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char usejitOptsBuf[sizeof("-Xusejit:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jitmaxsizeOptsBuf[sizeof("-Xjitmaxsize:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jitinitialsizeOptsBuf[sizeof("-Xjitinitialsize:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jitthresholdOptsBuf[sizeof("-Xjitthreshold:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char useJitProfilesOptsBuf[sizeof("-Xjitsaveprofilinginfo:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jitprithreadweightOptBuf[sizeof("-Xjitprithreadweight:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char jittransitionweightOptBuf[sizeof("-Xjittransitionweight:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char gctypeOptsBuf[sizeof("-Xgc:")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char backgroundgcOptsBuf[sizeof("-XX:BackgroundGC=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char heaptargetutilizationOptsBuf[sizeof("-XX:HeapTargetUtilization=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char cachePruneBuf[sizeof("-Xzygote-max-boot-retry=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatXmsImageFlagsBuf[sizeof("-Xms")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatXmxImageFlagsBuf[sizeof("-Xmx")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatXmsFlagsBuf[sizeof("-Xms")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatXmxFlagsBuf[sizeof("-Xmx")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatCompilerFilterBuf[sizeof("--compiler-filter=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatImageCompilerFilterBuf[sizeof("--compiler-filter=")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatThreadsBuf[sizeof("-j")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatThreadsImageBuf[sizeof("-j")-1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oat_isa_variant_key[PROPERTY_KEY_MAX];
    char dex2oat_isa_variant[sizeof("--instruction-set-variant=") -1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oat_isa_features_key[PROPERTY_KEY_MAX];
    char dex2oat_isa_features[sizeof("--instruction-set-features=") -1 + PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatFlagsBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    char dex2oatImageFlagsBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    char extraOptsBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    char voldDecryptBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    ...
    
    /*
     * Initialize the VM.
     *
     * The JavaVM* is essentially per-process, and the JNIEnv* is per-thread.
     * If this call succeeds, the VM is ready, and we can start issuing
     * JNI calls.
     */
    if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {
        ALOGE("JNI_CreateJavaVM failed\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
    
    /* start the virtual machine */
    JniInvocation jni_invocation;
    jni_invocation.Init(NULL);
    JNIEnv* env;
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);

    /*
     * Register android functions.
     */
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android natives\n");
        return;
    }

}

　　　　　//Dalvik虚拟机在Zygote进程中的启动过程，这个启动过程主要就是完成了以下四个事情：
        //1. 创建了一个Dalvik虚拟机实例；
        //2. 加载了Java核心类及其JNI方法；
        //3. 为主线程的设置了一个JNI环境；
        //4. 注册了Android核心类的JNI方法。

Zygote 启动Dalvik作用：

1. Zygote进程为Android系统准备好了一个Dalvik虚拟机实例，以后Zygote进程在创建Android应用程序进程的时候，就可以将它自身的Dalvik虚拟机实例复制到新创建Android应用程序进程中去，从而加快了Android应用程序进程的启动过程。
2.Java核心类和Android核心类（位于dex文件中），以及它们的JNI方法（位于so文件中），都是以内存映射的方式来读取的，因此，Zygote进程在创建Android应用程序进程的时候，除了可以将自身的Dalvik虚拟机实例复制到新创建的Android应用程序进程之外，还可以与新创建的Android应用程序进程共享Java核心类和Android核心类，以及它们的JNI方法，这样就可以节省内存消耗。
3.Zygote进程为了加快Android应用程序进程的启动过程，牺牲了自己的启动速度，因为它需要加载大量的Java核心类，以及注册大量的Android核心类JNI方法。Dalvik虚拟机在加载Java核心类的时候，还需要对它们进行验证以及优化，这些通常都是比较耗时的。又由于Zygote进程是由init进程启动的，也就是说Zygote进程在是开机的时候进行启动的，因此，Zygote进程的牺牲是比较大的。不过毕竟我们在玩手机的时候，很少会关机，也就是很少开机，因此，牺牲Zygote进程的启动速度是值得的，换来的是Android应用程序的快速启动。

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二.Dalvik启动过程

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