第3篇-CallStub新棧幀的建立

在前一篇文章第2篇-JVM虛擬機器這樣來呼叫Java主類的main()方法中我們介紹了在call_helper()函式中通過函式指標的方式呼叫了一個函式，如下：

StubRoutines::call_stub()(

         (address)&link,

         result_val_address,

         result_type,

         method(),

         entry_point,

         args->parameters(),

         args->size_of_parameters(),

         CHECK

);

其中呼叫StubRoutines::call_stub()函式會返回一個函式指標，查清楚這個函式指標指向的函式的實現是我們這一篇的重點。　呼叫的call_stub()函式的實現如下：

來源：/src/share/vm/runtime/stubRoutines.hpp

static CallStub  call_stub() {

    return CAST_TO_FN_PTR(CallStub, _call_stub_entry);

}

call_stub()函式返回一個函式指標，指向依賴於作業系統和cpu架構的特定的方法，原因很簡單，要執行native程式碼，得看看是什麼cpu架構以便確定暫存器，看看什麼os以便確定ABI。

其中CAST_TO_FN_PTR是巨集，具體定義如下：

原始碼位置：/src/share/vm/runtime/utilities/globalDefinitions.hpp

#define CAST_TO_FN_PTR(func_type, value) ((func_type)(castable_address(value)))

對call_stub()函式進行巨集替換和展開後會變為如下的形式：

static CallStub call_stub(){

    return (CallStub)( castable_address(_call_stub_entry) );

}

CallStub的定義如下：

原始碼位置：/src/share/vm/runtime/stubRoutines.hpp

typedef void (*CallStub)(

    // 聯結器

    address   link,

    // 函式返回值地址

    intptr_t* result,

    //函式返回型別

    BasicType result_type,

    // JVM內部所表示的Java方法物件

    Method*   method,

    // JVM呼叫Java方法的例程入口。JVM內部的每一段

    // 例程都是在JVM啟動過程中預先生成好的一段機器指令。

    // 要呼叫Java方法， 必須經過本例程，

    // 即需要先執行這段機器指令，然後才能跳轉到Java方法

    // 位元組碼所對應的機器指令去執行

    address   entry_point,

    intptr_t* parameters,

    int       size_of_parameters,

    TRAPS

);

如上定義了一種函式指標型別，指向的函式聲明瞭8個形式引數。　

在call_stub()函式中呼叫的castable_address()函式定義在globalDefinitions.hpp檔案中，具體實現如下：

inline address_word  castable_address(address x)  {

    return address_word(x) ;

}

address_word是一定自定義的型別，在globalDefinitions.hpp檔案中的定義如下：

typedef   uintptr_t     address_word;

其中uintptr_t也是一種自定義的型別，在Linux核心的作業系統下使用globalDefinitions_gcc.hpp檔案中的定義，具體定義如下：

typedef  unsigned int  uintptr_t;

這樣call_stub()函式其實等同於如下的實現形式：

static CallStub call_stub(){

    return (CallStub)( unsigned int(_call_stub_entry) );

}

將_call_stub_entry強制轉換為unsigned int型別，然後以強制轉換為CallStub型別。CallStub是一個函式指標，所以_call_stub_entry應該也是一個函式指標，而不應該是一個普通的無符號整數。　　

在call_stub()函式中，_call_stub_entry的定義如下：

address StubRoutines::_call_stub_entry = NULL;

_call_stub_entry的初始化在在/src/cpu/x86/vm/stubGenerator_x86_64.cpp檔案下的generate_initial()函式，呼叫鏈如下：

StubGenerator::generate_initial()   stubGenerator_x86_64.cpp

StubGenerator::StubGenerator()      stubGenerator_x86_64.cpp

StubGenerator_generate()            stubGenerator_x86_64.cpp

StubRoutines::initialize1()         stubRoutines.cpp

stubRoutines_init1()                stubRoutines.cpp

init_globals()                      init.cpp

Threads::create_vm()                thread.cpp

JNI_CreateJavaVM()                  jni.cpp

InitializeJVM()                     java.c

JavaMain()                          java.c

其中的StubGenerator類定義在src/cpu/x86/vm目錄下的stubGenerator_x86_64.cpp檔案中，這個檔案中的generate_initial()方法會初始化call_stub_entry變數，如下：

StubRoutines::_call_stub_entry = generate_call_stub(StubRoutines::_call_stub_return_address);

現在我們終於找到了函式指標指向的函式的實現邏輯，這個邏輯是通過呼叫generate_call_stub()函式來實現的。

不過經過檢視後我們發現這個函式指標指向的並不是一個C++函式，而是一個機器指令片段，我們可以將其看為C++函式經過C++編譯器編譯後生成的指令片段即可。在generate_call_stub()函式中有如下呼叫語句：

__ enter();

__ subptr(rsp, -rsp_after_call_off * wordSize);

這兩段程式碼直接生成機器指令，不過為了檢視機器指令，我們藉助了HSDB工具將其反編譯為可讀性更強的彙編指令。如下：

push   %rbp

mov    %rsp,%rbp

sub    $0x60,%rsp

這3條彙編是非常典型的開闢新棧幀的指令。之前我們介紹過在通過函式指標進行呼叫之前的棧狀態，如下：

那麼經過執行如上3條彙編後這個棧狀態就變為了如下的狀態：　

我們需要關注的就是old %rbp和old %rsp在沒有執行開闢新棧幀（CallStub()棧幀）時的指向，以及開闢新棧幀（CallStub()棧幀）時的new %rbp和new %rsp的指向。另外還要注意saved rbp儲存的就是old %rbp，這個值對於棧展開非常重要，因為能通過它不斷向上遍歷，最終能找到所有的棧幀。

下面接著看generate_call_stub()函式的實現，如下：

address generate_call_stub(address& return_address) {

    ...

    address start = __ pc();

    const Address rsp_after_call(rbp, rsp_after_call_off * wordSize);

    const Address call_wrapper  (rbp, call_wrapper_off   * wordSize);

    const Address result        (rbp, result_off         * wordSize);

    const Address result_type   (rbp, result_type_off    * wordSize);

    const Address method        (rbp, method_off         * wordSize);

    const Address entry_point   (rbp, entry_point_off    * wordSize);

    const Address parameters    (rbp, parameters_off     * wordSize);

    const Address parameter_size(rbp, parameter_size_off * wordSize);

    const Address thread        (rbp, thread_off         * wordSize);

    const Address r15_save(rbp, r15_off * wordSize);

    const Address r14_save(rbp, r14_off * wordSize);

    const Address r13_save(rbp, r13_off * wordSize);

    const Address r12_save(rbp, r12_off * wordSize);

    const Address rbx_save(rbp, rbx_off * wordSize);

    // 開闢新的棧幀

    __ enter();

    __ subptr(rsp, -rsp_after_call_off * wordSize);

    // save register parameters

    __ movptr(parameters,   c_rarg5); // parameters

    __ movptr(entry_point,  c_rarg4); // entry_point

    __ movptr(method,       c_rarg3); // method

    __ movl(result_type,  c_rarg2);   // result type

    __ movptr(result,       c_rarg1); // result

    __ movptr(call_wrapper, c_rarg0); // call wrapper

    // save regs belonging to calling function

    __ movptr(rbx_save, rbx);

    __ movptr(r12_save, r12);

    __ movptr(r13_save, r13);

    __ movptr(r14_save, r14);

    __ movptr(r15_save, r15);

    const Address mxcsr_save(rbp, mxcsr_off * wordSize);

    {

      Label skip_ldmx;

      __ stmxcsr(mxcsr_save);

      __ movl(rax, mxcsr_save);

      __ andl(rax, MXCSR_MASK);    // Only check control and mask bits

      ExternalAddress mxcsr_std(StubRoutines::addr_mxcsr_std());

      __ cmp32(rax, mxcsr_std);

      __ jcc(Assembler::equal, skip_ldmx);

      __ ldmxcsr(mxcsr_std);

      __ bind(skip_ldmx);

    }

    // ... 省略了接下來的操作

}

其中開闢新棧幀的邏輯我們已經介紹過，下面就是將call_helper()傳遞的6個在暫存器中的引數儲存到CallStub()棧幀中了，除了儲存這幾個引數外，還需要儲存其它暫存器中的值，因為函式接下來要做的操作是為Java方法準備引數並呼叫Java方法，我們並不知道Java方法會不會破壞這些暫存器中的值，所以要儲存下來，等呼叫完成後進行恢復。

生成的彙編程式碼如下：

mov      %r9,-0x8(%rbp)

mov      %r8,-0x10(%rbp)

mov      %rcx,-0x18(%rbp)

mov      %edx,-0x20(%rbp)

mov      %rsi,-0x28(%rbp)

mov      %rdi,-0x30(%rbp)

mov      %rbx,-0x38(%rbp)

mov      %r12,-0x40(%rbp)

mov      %r13,-0x48(%rbp)

mov      %r14,-0x50(%rbp)

mov      %r15,-0x58(%rbp)

// stmxcsr是將MXCSR暫存器中的值儲存到-0x60(%rbp)中

stmxcsr  -0x60(%rbp)

mov      -0x60(%rbp),%eax

and      $0xffc0,%eax // MXCSR_MASK = 0xFFC0

// cmp通過第2個運算元減去第1個運算元的差，根據結果來設定eflags中的標誌位。

// 本質上和sub指令相同，但是不會改變運算元的值

cmp      0x1762cb5f(%rip),%eax  # 0x00007fdf5c62d2c4

// 當ZF=1時跳轉到目標地址

je       0x00007fdf45000772

// 將m32載入到MXCSR暫存器中

ldmxcsr  0x1762cb52(%rip)      # 0x00007fdf5c62d2c4

載入完成這些引數後如下圖所示。

下一篇我們繼續介紹下generate_call_stub()函式中其餘的實現。

第3篇-CallStub新棧幀的建立

第3篇-CallStub新棧幀的建立

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