怎么用java源代码分析jvm.dll装载过程
怎么用java源代码分析jvm.dll装载过程,很多新手对此不是很清楚,为了帮助大家解决这个难题,下面小编将为大家详细讲解,有这方面需求的人可以来学习下,希望你能有所收获。
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简述
众所周知java.exe是java class文件的执行程序,但实际上java.exe程序只是
一个执行的外壳,它会装载jvm.dll(windows下,以下皆以windows平台为例,
linux下和solaris下其实类似,为:libjvm.so),这个动态连接库才是java
虚拟机的实际操作处理所在。本文探究java.exe程序是如何查找和装载jvm.dll
动态库,并调用它进行class文件执行处理的。
源代码
主要分析的源代码为:
j2sesrcshareinjava.c
j2sesrcwindowsinjava_md.c
java.c是什么东西
‘java程序’源代码
所谓‘java程序’,包括jdk中的java.exejavac.exejavadoc.exe,java.c源
代码中通过JAVA_ARGS宏来控制生成的代码,如果该宏没定义则编译文件控制生
成java.exe否则编译文件控制生成其他的‘java程序’。
比如:
j2semakejavajavacMakefile(这是javac编译文件)中:
$(CD) ../../sun/javac ; $(MAKE) $@ RELEASE=$(RELEASE) FULL_VERSION=$(FULL_VERSION)
j2semakesunjavacjavacMakefile(由上面Makefile文件调用)中:
JAVA_ARGS = "{ "-J-ms8m", "com.sun.tools.javac.Main" }"
则由同一份java.c代码生成的javac.exe程序就会直接调用java类方法:
com.sun.tools.javac.Main,这样使其执行起来就像是直接运行的一个exe文件,
而未定义JAVA_ARGS的java.exe程序则会调用传递过来参数中的类方法。
从java.c的main入口函数说起
main()函数中前面一段为重新分配参数指针的处理。
然后调用函数:CreateExecutionEnvironment,该函数主要查找java运行环境的
目录,和jvm.dll这个虚拟机核心动态连接库文件路径所在。根据操作系统不同,
该函数有不同实现版本,但大体处理逻辑相同,我们看看windows平台该函数的处
理(j2sesrcwindowsinjava_md.c)。
CreateExecutionEnvironment函数主要分为三步处理:
a、查找jre路径。
b、装载jvm.cfg中指定的虚拟机动态连接库(jvm.dll)参数。
c、取jvm.dll文件路径。
实现:
a、查找jre路径是通过java_md.c中函数:GetJREPath实现的。
该函数首先调用GetApplicationHome函数,GetApplicationHome函数调用windows
API函数GetModuleFileName取java.exe程序的绝对路径,以我的jdk安装路径为例,
为:“D:javaj2sdk1.4.2_04injava.exe”,然后去掉文件名取绝对路径为:
“D:javaj2sdk1.4.2_04in”,之后会在去掉最后一级目录,现在绝对路径为:
“D:javaj2sdk1.4.2_04”。
然后GetJREPath函数继续判断刚刚取的路径+injava.dll组合成的这个java.dll
文件是否存在,如果存在则“D:javaj2sdk1.4.2_04”为JRE路径,否则判断取得
的“D:javaj2sdk1.4.2_04”路径+jreinjava.dll文件是否存在,存在则
“D:javaj2sdk1.4.2_04jre”为JRE路径。如果上面两种情况都不存在,则从注
册表中去查找(参见函数GetPublicJREHome)。
函数:GetPublicJREHome先查找
HKEY_LOCAL_MACHINESoftwareJavaSoftJava Runtime EnvironmentCurrentVersion
键值“当前JRE版本号”,判断“当前JRE版本号”是否为1.4做为版本号,如果是则
取HKEY_LOCAL_MACHINESoftwareJavaSoftJava Runtime Environment“当前JRE版本号”
JavaHome的路径所在为JRE路径。
我的JDK返回的JRE路径为:“D:javaj2sdk1.4.2_04jre”。
b、装载jvm.cfg虚拟机动态连接库配置文件是通过java.c中函数:ReadKnownVMs实现
的。
该函数首先组合jvm.cfg文件的绝对路径,JRE路径+lib+ARCH(CPU构架)+jvm.cfg
ARCH(CPU构架)的判断是通过java_md.c中GetArch函数判断的,该函数中windows平
台只有两种情况:WIN64的‘ia64’,其他情况都为‘i386’。我的为i386所以jvm.cfg
文件绝对路径为:“D:javaj2sdk1.4.2_04jrelibi386jvm.cfg”。文件内容如
下:
## @(#)jvm.cfg 1.7 03/01/23# # Copyright 2003 Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.# SUN PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.# # ### List of JVMs that can be used as an option to java, javac, etc.# Order is important -- first in this list is the default JVM.# NOTE that this both this file and its format are UNSUPPORTED and# WILL GO AWAY in a future release.## You may also select a JVM in an arbitrary location with the# "-XXaltjvm=
(如果细心的话,我们会发现在JDK目录中我的为:“D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient”和“D:javaj2sdk1.4.2_04jreinserver”两个目录下都存在jvm.dll文件。而java正是通过jvm.cfg配置文件来管理这些不同版本的jvm.dll的。)
ReadKnownVMs函数会将该文件中的配置内容读入到一个JVM配置结构的全局变量中,该函数首先跳过注释(以‘#’开始的行),然后读取以‘-’开始的行指定的jvm参数,每一行为一个jvm信息,第一部分为jvm虚拟机名称,第二部分为配置参数,比如行:
“-client KNOWN”则“-client”为虚拟机名称,而“KNOWN”为配置类型参数,“KNOWN”
表示该虚拟机的jvm.dll存在,而“ALIASED_TO”表示为另一个jvm.dll的别名,“WARN”
表示该虚拟机的jvm.dll不存在但运行时会用其他存在的jvm.dll替代执行,而“ERROR”
同样表示该类虚拟机的jvm.dll不存在且运行时不会找存在的jvm.dll替代而直接抛出错误
信息。
在运行java程序时指定使用那个虚拟机的判断是由java.c中函数:CheckJvmType判断,该函数会检查java运行参数中是否有指定jvm的参数,然后从ReadKnownVMs函数读取的jvm.cfg数据结构中去查找,从而指定不同的jvm类型(最终导致装载不同jvm.dll)。有两种方法可以指定jvm类型,一种按照jvm.cfg文件中的jvm名称指定,第二种方法是直接指定,它们执行的方法分别是“java -J
比如:如果在运行java程序时使用“java -J-client test”则ReadKnownVMs会读取参数“-client”然后查找jvm.cfg读入的参数中是否有jvm名称为“-client”的,如果有则去掉jvm名称前的“-”直接返回“client”;而如果在运行java程序时使用如下参数:
“java -XXaltjvm=D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient test”,则ReadKnownVMs
会直接返回“D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient”;如果不带上面参数执行如:
“java test”,因为在jvm.cfg配置文件中第一个存在的jvm为“-client”,所以函数
ReadKnownVMs也会去掉jvm名称前的“-”返回“client”。其实这三中情况都是使用的
“D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll”这个jvm动态连接库处理test这个class的,见下面GetJVMPath函数。
c、取jvm.dll文件路径是通过java_md.c中函数:GetJVMPath实现的。
由上面两步我们已经获得了JRE路径和jvm的类型字符串。GetJVMPath函数判断CheckJvmType
返回的jvm类型字符串中是否包含了‘’或‘/’如果包含则以该jvm类型字符串+jvm.dll作为JVM的全路径,否则以JRE路径+in+jvm类型字符串+jvm.dll作为JVM的全路径。
看看上面的例子,第一种情况“java -J-client test”jvm.dll路径为:
JRE路径+in+jvm类型字符串+jvm.dll 按照我的JDK路径则为:
“D:javaj2sdk1.4.2_04jre”+“in”+“client”+“jvm.dll”。
第二种情况“java -XXaltjvm=D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient test”路径为:
jvm类型字符串+jvm.dll即为:“D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient”+“jvm.dll”
第三种情况“java test”为:“D:javaj2sdk1.4.2_04jre”+“in”+“client”
+“jvm.dll”与情况一相同。所以这三种情况都是调用的jvm动态连接库“D:java
j2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll”处理test类的。
我们来进一步验证一下:
打开cmd控制台:
设置java装载调试
E:workjava_research>set _JAVA_LAUNCHER_DEBUG=1
情况一
E:workjava_research>java -J-client test.ScanDirectory
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
JRE path is D:javaj2sdk1.4.2_04jre
jvm.cfg[0] = ->-client<-
jvm.cfg[1] = ->-server<-
jvm.cfg[2] = ->-hotspot<-
jvm.cfg[3] = ->-classic<-
jvm.cfg[4] = ->-native<-
jvm.cfg[5] = ->-green<-
299 micro seconds to parse jvm.cfg
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll
2897 micro seconds to LoadJavaVM
JavaVM args:
version 0x00010002, ignoreUnrecognized is JNI_FALSE, nOptions is 2
option[ 0] = '-Djava.class.path=.'
option[ 1] = '-Dsun.java.command=test.ScanDirectory'
50001 micro seconds to InitializeJVM
Main-Class is 'test.ScanDirectory'
Apps' argc is 0
10208 micro seconds to load main class
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
usage: java test.ScanDirectory DIR [output file]
情况二
E:workjava_research>java -XXaltjvm=D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclient test.ScanDirectory
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
JRE path is D:javaj2sdk1.4.2_04jre
jvm.cfg[0] = ->-client<-
jvm.cfg[1] = ->-server<-
jvm.cfg[2] = ->-hotspot<-
jvm.cfg[3] = ->-classic<-
jvm.cfg[4] = ->-native<-
jvm.cfg[5] = ->-green<-
386 micro seconds to parse jvm.cfg
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll
2795 micro seconds to LoadJavaVM
JavaVM args:
version 0x00010002, ignoreUnrecognized is JNI_FALSE, nOptions is 2
option[ 0] = '-Djava.class.path=.'
option[ 1] = '-Dsun.java.command=test.ScanDirectory'
49978 micro seconds to InitializeJVM
Main-Class is 'test.ScanDirectory'
Apps' argc is 0
9598 micro seconds to load main class
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
usage: java test.ScanDirectory DIR [output file]
情况三
E:workjava_research>java test.ScanDirectory
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
JRE path is D:javaj2sdk1.4.2_04jre
jvm.cfg[0] = ->-client<-
jvm.cfg[1] = ->-server<-
jvm.cfg[2] = ->-hotspot<-
jvm.cfg[3] = ->-classic<-
jvm.cfg[4] = ->-native<-
jvm.cfg[5] = ->-green<-
381 micro seconds to parse jvm.cfg
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll
3038 micro seconds to LoadJavaVM
JavaVM args:
version 0x00010002, ignoreUnrecognized is JNI_FALSE, nOptions is 2
option[ 0] = '-Djava.class.path=.'
option[ 1] = '-Dsun.java.command=test.ScanDirectory'
50080 micro seconds to InitializeJVM
Main-Class is 'test.ScanDirectory'
Apps' argc is 0
10215 micro seconds to load main class
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
usage: java test.ScanDirectory DIR [output file]
三个的JVM路径都为:
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinclientjvm.dll
其他情况
E:workjava_research>java -J-server test.ScanDirectory
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
JRE path is D:javaj2sdk1.4.2_04jre
jvm.cfg[0] = ->-client<-
jvm.cfg[1] = ->-server<-
jvm.cfg[2] = ->-hotspot<-
jvm.cfg[3] = ->-classic<-
jvm.cfg[4] = ->-native<-
jvm.cfg[5] = ->-green<-
377 micro seconds to parse jvm.cfg
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinserverjvm.dll
2985 micro seconds to LoadJavaVM
JavaVM args:
version 0x00010002, ignoreUnrecognized is JNI_FALSE, nOptions is 2
option[ 0] = '-Djava.class.path=.'
option[ 1] = '-Dsun.java.command=test.ScanDirectory'
62382 micro seconds to InitializeJVM
Main-Class is 'test.ScanDirectory'
Apps' argc is 0
12413 micro seconds to load main class
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
usage: java test.ScanDirectory DIR [output file]
E:workjava_research>java -XXaltjvm=D:javaj2sdk1.4.2_04jreinserver test.ScanDirectory
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
JRE path is D:javaj2sdk1.4.2_04jre
jvm.cfg[0] = ->-client<-
jvm.cfg[1] = ->-server<-
jvm.cfg[2] = ->-hotspot<-
jvm.cfg[3] = ->-classic<-
jvm.cfg[4] = ->-native<-
jvm.cfg[5] = ->-green<-
376 micro seconds to parse jvm.cfg
JVM path is D:javaj2sdk1.4.2_04jreinserverjvm.dll
2937 micro seconds to LoadJavaVM
JavaVM args:
version 0x00010002, ignoreUnrecognized is JNI_FALSE, nOptions is 2
option[ 0] = '-Djava.class.path=.'
option[ 1] = '-Dsun.java.command=test.ScanDirectory'
62725 micro seconds to InitializeJVM
Main-Class is 'test.ScanDirectory'
Apps' argc is 0
8942 micro seconds to load main class
----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----
usage: java test.ScanDirectory DIR [output file]
由上面可以看出,如果我们安装了多个jdk或jre版本的话,使用“java -XXaltjvm=”
可以通过绝对路径指定到其他版本的jvm.dll上去,至于能不能运行还有待测试。
我们下面回到java.c的main函数中看看上面找到的jvm.dll是如何装载挂接执行的。
该操作大致分为三步:
a、装载jvm.dll动态连接库。
b、初始化jvm.dll并挂接到JNIEnv(JNI调用接口)实例。
c、调用JNIEnv实例装载并处理class类。
实现:
a、装载jvm.dll动态连接库是由main函数调用java_md.c中LoadJavaVM函数实现的。
main函数首先构造了一个InvocationFunctions结构的局部变量,InvocationFunctions
结构有两个函数指针:
typedef struct { CreateJavaVM_t CreateJavaVM; GetDefaultJavaVMInitArgs_t GetDefaultJavaVMInitArgs;} InvocationFunctions;
函数LoadJavaVM中先调用windows API函数:LoadLibrary装载jvm.dll动态连接库,
之后将jvm.dll中的导出函数JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs
挂接到InvocationFunctions变量的CreateJavaVM和GetDefaultJavaVMInitArgs函数
指针变量上。jvm.dll的装载工作宣告完成。
b、初始化jvm.dll并挂接到JNIEnv(JNI调用接口)实例是通过java.c中函数:
InitializeJVM完成的。
main方法中首先定义了一个JNIEnv结构的指针,JNIEnv结构中定义了许多与装载class
类文件、查找类方法、调用类方法有关的函数指针变量。InitializeJVM会调用上面
以挂接jvm.dll中JNI_CreateJavaVM的InvocationFunctions结构变量的CreateJavaVM方法,即调用jvm.dll中函数JNI_CreateJavaVM,该函数会将JNIEnv结构的实例返回到main中的JNIEnv结构的指针上。这样main中的JNIEnv指针获取了JNIEnv实例后,就可以开始对class文件进行处理了。
c、调用JNIEnv实例装载并处理class类。
a)如果是执行jar包。
如果执行的是一个jar包的话,main函数会调用java.c中的函数:GetMainClassName,该函数使用JNIEnv实例构造并调用java类:java.util.jar.JarFile中方法getManifest()并从返回的Manifest对象中取getAttributes("Main-Class")的值,即jar包中文件:
META-INF/MANIFEST.MF指定的Main-Class的主类名作为运行的主类。
之后main函数会调用java.c中LoadClass方法装载该主类(使用JNIEnv实例的FindClass)。
b)如果是执行class方法。
main函数直接调用java.c中LoadClass方法装载该类。
然后main函数调用JNIEnv实例的GetStaticMethodID方法查找装载的class主类中
“public static void main(String[] args)”方法,并判断该方法是否为public方法,然后调用JNIEnv实例的CallStaticVoidMethod方法调用该java类的main方法。
总结
由上面的代码分析可以看出几个问题。
a、为什么JDK和JRE不一定通过安装,直接拷到硬盘上,设置path环境变量就可以执行。因为java运行获取jre路径的首选方法正是直接通过获取java.exe绝对路径来判断的,如果通过修改注册表选项而不设置path环境变量也可以找到jre路径所在。修改方法如下:
首先我们将java.exe拷到任意目录下,我的拷到e: emp下,在cmd中运行:
清空path环境变量
E: emp>set path=
E: emp>java
Error opening registry key 'SoftwareJavaSoftJava Runtime Environment'
Error: could not find java.dll
Error: could not find Java 2 Runtime Environment.
导入如下注册表文件(java.reg)
Windows Registry Editor Version 5.00[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoft][HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoftJava Runtime Environment]"CurrentVersion"="1.4"[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoftJava Runtime Environment1.4]"JavaHome"="D:javaj2sdk1.4.2_04jre"
再执行显示执行正常,如下:
E: emp>javaUsage: java [-options] class [args...] (to execute a class) or java [-options] -jar jarfile [args...] (to execute a jar file)where options include: -client to select the "client" VM -server to select the "server" VM -hotspot is a synonym for the "client" VM [deprecated] The default VM is client. -cp
b、java.exe是通过jvm.cfg文件或直接指定jvm.dll路径来装载执行java程序的。
见上面例子。
c、不同实现版本的jvm.dll必然存在一个名为:JNI_CreateJavaVM的导出函数,
java.exe正是通过调用该函数获得JNIEnv调用接口来装载执行class类的。这个
函数也是我们下一步研究java vm实作技巧的研究出发点。
JNI_CreateJavaVM函数位于:hotspotsrcsharevmprimsjni.cpp文件中。[@more@]
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新闻标题:怎么用java源代码分析jvm.dll装载过程
标题来源:http://scyanting.com/article/iijsid.html