dalvik淺析二：jni、so

　　android大多使用java來開發，java中有個概念叫jni。固然說到jni，必然是少不了native code。在android中就是so庫。咱們來分析下jni在android dalvik的使用，如下篇幅是我對Dalvik虛擬機JNI方法的註冊過程分析文章的學習和註解。在這以前先說幾個概念：

　　JavaVM：虛擬機實例，也能夠經過全局變量gDvm所描述的一個DvmGlobals結構體的成員變量vmList來描述的；

　　JNIEnv：用來描述當前線程的Java環境，利用此結構能夠調用在Zygote中註冊(看Zygote的啓動過程)到dalvik裏的jni方法

　　jobject：來描述當前正在執行JNI方法的Java對象

　　下圖取自老羅的博客(下文就是圍繞此圖展開)

　　

　　咱們在java函數在load so庫：

System.loadLibrary("nanosleep");    

　　so庫的編寫：

static jint shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep(JNIEnv* env, jobject clazz, jlong seconds, jlong nanoseconds) 
{
    struct timespec req;
    req.tv_sec  = seconds;
    req.tv_nsec = nanoseconds;
    
    return nanosleep(&req, NULL);
}

static const JNINativeMethod method_table[] = {
    {"nanosleep", "(JJ)I", (void*)shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep},
};

extern "C" jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) 
{
      JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return result;
    }

    jniRegisterNativeMethods(env, "shy/luo/jni/ClassWithJni", method_table, NELEM(method_table));
    
    return JNI_VERSION_1_4;
}

 

　　java層在loadLibrary so庫時，系統其實作了這麼幾件事(上圖step 4)：

　　1 調用dlopen在進程加載so庫；看我 android so加載

　　2 調用dlsym得到so庫中名稱爲「JNI_OnLoad」的函數的地址並保存在保存在函數指針func中：func= dlsym(handle, "JNI_OnLoad");

　　3 執行so庫中JNI_OnLoad函數： version = (*func)(gDvm.vmList, NULL);  

　　這個時候咱們的視線轉移到C++層：JNI_OnLoad(在這裏註冊jni方法)。看代碼，實際是調用jniRegisterNativeMethods函數。可是看上圖咱們知道實際以前幾個函數沒有實質突破，仍是靠dvmRegisterJNIMethod來執行：

static bool dvmRegisterJNIMethod(ClassObject* clazz, const char* methodName,
    const char* signature, void* fnPtr)
{
　　// 解釋下參數：
　　// clazz：類名"shy/luo/jni/ClassWithJni"；
　　// methodName：須要註冊的jni方法名 nanosleep；
　　// signature：方法的簽名 實質是方法的參數和返回值，區別不一樣參數的函數
　　// fnPtr： jni方法函數地址 即shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep函數；dalvik執行的就是這個函數，很重要哎

    Method* method;
    ......
    method = dvmFindDirectMethodByDescriptor(clazz, methodName, signature);
    ......
    dvmUseJNIBridge(method, fnPtr);
    ......
}

　　在這裏我要補充的是注意dvmFindDirectMethodByDescriptor函數。jni方法在java層對應的函數就是個空的，而jni註冊就是要把jni方法綁定到對應的java層函數體中。那咱們怎麼找到讓他們對應起來呢？dvmFindDirectMethodByDescriptor利用methodName和signature參數來達到上述目的。在dvmFindDirectMethodByDescriptor中，獲得class類的函數列表methods；循壞比較methods[index]的args、returnType和signature是否相等，若相等則爲jni方法找到了在java層的函數(jni：我在上層也是有人滴^_^)。ok，找到method了，趕快綁定啊也可別讓她逃走了啊。

void dvmUseJNIBridge(Method* method, void* func)  
{  
    DalvikBridgeFunc bridge = shouldTrace(method)  
        ? dvmTraceCallJNIMethod  
        : dvmSelectJNIBridge(method);  
    dvmSetNativeFunc(method, bridge, func);  
}  

 這裏有個bridge的東東，咱們這裏先不看後面會說起(詳情看老羅的文章吧)。直接看dvmSetNativeFunc

void dvmSetNativeFunc(Method* method, DalvikBridgeFunc func,  
    const u2* insns)  
{  
    ......  
  　　// 參數func  = bridge
　　　// 參數 insns = func(dvmSetNativeFunc(method, bridge, func)); 即func = (void*)shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep

if (insns != NULL) {  
        /* update both, ensuring that "insns" is observed first */  
        method->insns = insns;  
        android_atomic_release_store((int32_t) func,  
            (void*) &method->nativeFunc);  
    } else {  
        /* only update nativeFunc */  
        method->nativeFunc = func;  
    }  
  
    ......  
}

 在dvmSetNativeFunc函數，既然是把bridge賦值給method->nativeFunc，shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep賦值給method->insns,那何時纔會執行到shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep啊(在dalvik中，若method爲native則會執行method->nativeFunc)！帶着這個疑問，咱們回頭看dvmSelectJNIBridge:

/* 
 * Returns the appropriate JNI bridge for 'method', also taking into account 
 * the -Xcheck:jni setting. 
 */  
static DalvikBridgeFunc dvmSelectJNIBridge(const Method* method)  
{  
    enum {  
        kJNIGeneral = 0,  
        kJNISync = 1,  
        kJNIVirtualNoRef = 2,  
        kJNIStaticNoRef = 3,  
    } kind;  
    static const DalvikBridgeFunc stdFunc[] = {  
        dvmCallJNIMethod_general,  
        dvmCallJNIMethod_synchronized,  
        dvmCallJNIMethod_virtualNoRef,  
        dvmCallJNIMethod_staticNoRef  
    };  
    static const DalvikBridgeFunc checkFunc[] = {  
        dvmCheckCallJNIMethod_general,  
        dvmCheckCallJNIMethod_synchronized,  
        dvmCheckCallJNIMethod_virtualNoRef,  
        dvmCheckCallJNIMethod_staticNoRef  
    };  
  
    bool hasRefArg = false;  
  
    if (dvmIsSynchronizedMethod(method)) {  
        /* use version with synchronization; calls into general handler */  
        kind = kJNISync;  
 　　.....if (hasRefArg) {  
            /* use general handler to slurp up reference args */  
            kind = kJNIGeneral;  
        } else {  
            /* virtual methods have a ref in args[0] (not in signature) */  
            if (dvmIsStaticMethod(method))  
                kind = kJNIStaticNoRef;  
            else  
                kind = kJNIVirtualNoRef;  
        }  
    }  
  
    return dvmIsCheckJNIEnabled() ? checkFunc[kind] : stdFunc[kind];  
}  

直接看最後返回dvmIsCheckJNIEnabled() ? checkFunc[kind] : stdFunc[kind];假設返回stdFunc[kind]。看上面stdFunc定義，可知bridge實際上是函數。咱們再假定是最普通dvmCallJNIMethod_general，那麼在dvmSetNativeFunc裏method->nativeFunc = dvmCallJNIMethod_general。ok，那咱們就看看dvmCallJNIMethod_general是在哪裏執行咱們的shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep。

void dvmCallJNIMethod_general(const u4* args, JValue* pResult,
    const Method* method, Thread* self)
    ......
    dvmPlatformInvoke(env, staticMethodClass,
        method->jniArgInfo, method->insSize, modArgs, method->shorty,
        (void*)method->insns, pResult);
    ......
}

　　接着看dvmPlatformInvoke：　　

void dvmPlatformInvoke(void* pEnv, ClassObject* clazz, int argInfo, int argc,
    const u4* argv, const char* shorty, void* func, JValue* pReturn)
{
    ......
    ffi_call(&cif, FFI_FN(func), pReturn, values);
}

　　wow，看到沒有最終仍是調用了method->insns(在java函數中，dalvik中的method->insns存的是函數體的dex代碼)即shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep。

　　ok，上圖中的步驟已所有走完。發現jni註冊實質就是把native函數體綁定到對應的java層函數體，讓dalvik發現函數是native時有native代碼能夠執行。

 

　　思考：

　　1 method是native時，dalvik纔會調用method->nativeFunc來執行；那這個native標誌是在何時被設置呢？dex被載入dalvik時？

　　　　在dex文件裏的class—>method的accessflag屬性：定義在/external/emma/core/java12/com/vladium/jcd/cls/IAccessFlags.java

　　2 so庫加載過程時dlopen載入，而後執行調用其JNI_OnLoad函數。那具體的執行流程是？so庫的加固是否在這裏作文章呢？

　　　 看後面elf格式、so加載文章

 

　　參考資料：

　　1 老羅的android之旅