安卓Dalvik虛擬機器相關知識點總結

0x01 Java虛擬機器與Dalvik虛擬機器的區別

• Java虛擬機器執行的是Java位元組碼（儲存在class檔案中），Dalvik執行的是Dalvik位元組碼（由Java位元組碼轉化而來，打包到DEX檔案中）。

• Dalvik可執行檔案更小。
  由於Android SDK中的dx檔案對常量池進行了壓縮，使得相同字串、常量在DEX檔案中只出現一次。

• Java虛擬機器與Daivik虛擬機器架構不同
  Java虛擬機器基於棧結構，資源開銷大，Dalvik虛擬機器基於暫存器結構，資料由暫存器直接傳遞，這樣的方式比基於棧結構的方式快得多。

這裡介紹以下把java檔案編譯成dex檔案的方法

• 先把java檔案編譯生成hello.class

javac Hello.java

• 在執行命令生成dex檔案

dx --dex --output=Hello.dex Hello.class

• javap對class檔案進行反編譯

javap -c -classpath . Hello

• 使用Android SDK 工具dexdump檢視函式的位元組碼

dexdump.exe -d Hello.dex

注意事項：筆者使用的JDK1.8，在使用dx生成dex檔案報錯如下：

UNEXPECTED TOP-LEVEL EXCEPTION:
java.lang.RuntimeException:
 
 Helle.class: file not found
        at com.android.dex.util.FileUtils.readFile(FileUtils.java:51)
        at com.android.dx.cf.direct.ClassPathOpener.processOne(ClassPathOpener.java:169)
        at com.android.dx.cf.direct.ClassPathOpener.process(ClassPathOpener.java:144)
        at com.android.dx.command
 
.dexer.Main.processOne(Main.java:596)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.processAllFiles(Main.java:498)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.runMonoDex(Main.java:264)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.run(Main.java:230)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.main(Main.java:199)
        at com.android.dx.command.Main.main(Main.java:103)
1 error; aborting

錯誤原因:預設生成的Hello.class檔案版本過低。
解決方法:強制指定class檔案的版本，使用如下命令重新編譯

javac -source 1.6 -target 1.6 Hello.java

0x01 Java位元組碼和Dalvik位元組碼的區別

下面這個例子我們對一個簡單的add函式位元組碼進行觀察

• 首先編寫原始的Java程式碼Hello.java

public class Hello{
   public int add(int a,int b){
    return a + b; 
   }

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

• 用上述Javac命令生成java.class,用javap命令反編譯class檔案得出add方法java位元組碼

  public int add(int, int);
    Code:
       0: iload_1
       1: iload_2
       2: iadd
       3: ireturn

• 用上述的dx命令生成dex檔案，再用dexdump生成Dalvik位元組碼如下

 Hello.add:(II)I
 add-int v0, v2, v3
 return v0

簡單對比:在這裡不對具體的位元組碼語法做講解，我們可以看出Dalvik位元組碼比Java位元組碼看起來簡潔一些，而且可以看出Java虛擬機器是基於棧結構的，Dalvik虛擬機器是基於暫存器結構的，v0, v2, v3代表暫存器

0x02 Dalvik虛擬機器的執行程式流程概述

流程簡單敘述：Dalvik虛擬機器執行緒首先通過loadClassFromDex()函式完成類的裝載工作，每個類被成功解析後會擁有一個ClassObject型別的資料結構儲存在執行環境中，虛擬機器使用gDvm.loadedClasses全域性雜湊表來儲存與查詢所有裝載進來的類，隨後，位元組碼驗證器使用dvmVerifyCodeFlow()函式對裝載的程式碼進行校驗，接著虛擬機器呼叫FindClass()函式查詢並且裝載main方法類，隨後呼叫dvmInterpret()函式初始化直譯器並執行位元組碼流，整個過程如下:

好了Dalvik虛擬機器執行原理介紹到此為止，下一章開始進入Dalvik虛擬機器組合語言的學習，如果大家有任何不懂得可以查考《Android軟體安全與逆向分析》第三章