[实践] Android5.1.1源码 - 让某个APP以解释执行模式运行

@(Android研究)[Android5.1.1|APP解释执行]

前言

本文的实践修改了Android5.1.1的源码。

本文只简单的讲了一下原理。在“实践”一节讲了具体做法。

本文的内容涉及Art模式下dex加载的知识，想要详细了解这部分知识可以去看老罗的文章： Android运行时ART简要介绍和学习计划 Android运行时ART加载OAT文件的过程分析 Android运行时ART加载类和方法的过程分析Android运行时ART执行类方法的过程分析

本文的内容涉及zygote，如果不知道zygote是什么，或者好奇zygote如何启动，可以去看老罗的文章： Android系统进程Zygote启动过程的源代码分析

老罗的文章分析的是Android2.3的源码，所以下面提到的与zygote有关的函数在老罗的文章里面可能没有，如果想要对下面提到的与zygote有关的函数有一个简单的了解可以看我的文章：Android5.1.1源码 - zygote fork出的子进程如何权限降级

原理简介

怎么才能让方法解释执行

在函数ClassLinker::LinkCode中会链接dex中的方法代码，这个函数的定义在文件"art/runtime/class_linker.cc"中，下面是它的源码（这里只列出了与本文有关的部分）：

void ClassLinker::LinkCode(Handle<mirror::ArtMethod> method, const OatFile::OatClass* oat_class,const DexFile& dex_file, uint32_t dex_method_index,uint32_t method_index) {......bool enter_interpreter = NeedsInterpreter(...);......if (method->IsStatic() && !method->IsConstructor()) {......} else if (enter_interpreter) {if (!method->IsNative()) {// Set entry point from compiled code if there's no code or in interpreter only mode.method->SetEntryPointFromQuickCompiledCode(GetQuickToInterpreterBridge());......} else {......}} else {......}......}

在这个函数中调用了NeedsInterpreter函数判断当前方法是否要解释执行，如果返回值为true，即局部变量enter_interpreter被赋值为true，那么调用ArtMethod类中的SetEntryPointFromQuickCompiledCode函数并将GetQuickToInterpreterBridge()的返回值传入，GetQuickToInterpreterBridge()函数返回用于解释执行的函数的入口地址，这个入口函数解释执行dex中的方法。

那么现在来看看NeedsInterpreter函数，这个函数的定义在文件"art/runtime/class_linker.cc"中，下面是它的源码：

// Returns true if the method must run with interpreter, false otherwise.
static bool NeedsInterpreter(......// If interpreter mode is enabled, every method (except native and proxy) must// be run with interpreter.return Runtime::Current()->GetInstrumentation()->InterpretOnly() &&!method->IsNative() && !method->IsProxyMethod();
}

当"Runtime::Current()->GetInstrumentation()->InterpretOnly()"返回true且不是本地方法和代理方法，那么这个函数就会返回true，否则返回false。

InterpretOnly函数是Instrumentation类的成员函数，它的函数定义在文件"art/runtime/instrumentation.h"中，下面是它的源码：

// Called by ArtMethod::Invoke to determine dispatch mechanism.
bool InterpretOnly() const {return interpret_only_;
}

interpret_only_是类Instrumentation的成员变量，是布尔类型。可以发现InterpretOnly函数仅仅是将"interpret_only_"返回，如果将interpret_only_设置为true，那么根据上文分析，所有“非本地且非代理”方法都将被解释执行。

那么如何将interpret_only_设置为true哪，在Instrumentation类中有一个ForceInterpretOnly函数，下面是这个函数的源码：

void ForceInterpretOnly() {interpret_only_ = true;forced_interpret_only_ = true;
}

这个函数是Instrumentation类的公有成员函数，所以直接调用这个函数即可将interpret_only_设置为true。

这里有一个问题，将interpret_only_设置为true，那么“非本地且非代理”方法在链接代码时都将被设置成解释执行，那么会不会影响到其他的APP进程？不会，因为ClassLinker::LinkCode函数对方法的链接是在APP进程的内存中进行的，所以这个操作并不会影响到其他进程。

这里进行一个小节，当执行"Runtime::Current()->GetInstrumentation()->ForceInterpretOnly()"语句时，会把Instrumentation对象的interpret_only_成员变量设置为true。那么当方法是“非本地且非代理”方法时，NeedsInterpreter函数将返回true，那么在ClassLinker::LinkCode函数中会将这个方法设置为解释执行。

如果要将APP中所有方法都设置为解释执行，那么就需要在链接APP的dex中的方法代码之前执行"Runtime::Current()->GetInstrumentation()->ForceInterpretOnly()"语句。

调用ForceInterpretOnly函数的时机

我的办法是在EnableDebugFeatures函数中调用ForceInterpretOnly函数，在这一节中会先说明Android如何执行到EnableDebugFeatures函数，然后会说明在EnableDebugFeatures函数中调用ForceInterpretOnly函数的好处。

所有的Android应用进程都是zygote fork出来的，fork APP进程时的函数调用路径：

|- forkAndSpecialize - java方法|- com_android_internal_os_Zygote_nativeForkAndSpecialize - native函数|- ForkAndSpecializeCommon - native函数

调用完ForkAndSpecializeCommon函数后APP进程就被fork出来了。

ForkAndSpecializeCommon函数定义在文件"frameworks/base/core/jni/com_android_internal_os_Zygote.cpp"中，下面它的源码：

static pid_t ForkAndSpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray javaGids, jint debug_flags, jobjectArray javaRlimits, jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities, jint mount_external, jstring java_se_info, jstring java_se_name, bool is_system_server, jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring dataDir) {......pid_t pid = fork();if (pid == 0) {......env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, debug_flags,is_system_server ? NULL : instructionSet);......} else if (pid > 0) {// the parent process}return pid;
}

gCallPostForkChildHooks是一个全局变量，它在com_android_internal_os_Zygote.cpp文件的register_com_android_internal_os_Zygote函数中被初始化。

env->CallStaticVoidMethod(...)语句调用了Java方法"Zygote.callPostForkChildHooks"。

下面是Zygote.callPostForkChildHooks方法的源码，这个方法在文件"frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java"中：

private static void callPostForkChildHooks(int debugFlags, String instructionSet) {long startTime = SystemClock.elapsedRealtime();VM_HOOKS.postForkChild(debugFlags, instructionSet);checkTime(startTime, "Zygote.callPostForkChildHooks");
}

VM_HOOKS是Zygote类的成员变量，下面是它的定义：

private static final ZygoteHooks VM_HOOKS = new ZygoteHooks();

VM_HOOKS.postForkChild调用的就是ZygoteHooks类中的成员方法postForkChild，这个方法在文件"libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/ZygoteHooks.java"中，下面是它的源码：

/** * Called by the zygote in the child process after every fork. The debug * flags from {@code debugFlags} are applied to the child process. The string * {@code instructionSet} determines whether to use a native bridge. */
public void postForkChild(int debugFlags, String instructionSet) {nativePostForkChild(token, debugFlags, instructionSet);
}

这个方法中调用了native函数nativePostForkChild，nativePostForkChild函数的C层代码在文件"/home/sowuy/android/system/art/runtime/native/dalvik_system_ZygoteHooks.cc"中，下面是它的源码：

static void ZygoteHooks_nativePostForkChild(JNIEnv* env, jclass, jlong token, jint debug_flags,jstring instruction_set) {......EnableDebugFeatures(debug_flags);......
}

我将在EnableDebugFeatures函数中调用ForceInterpretOnly函数，原因有三点：

1. EnableDebugFeatures函数参数接收的是一个标志，我可以设置一个新的标志位用来表示是否需要调用ForceInterpretOnly函数。
2. 每次APP启动的时候都会执行EnableDebugFeatures函数。
3. EnableDebugFeatures函数被调用的时机好，它运行在fork出的APP进程中，并且在链接APP的dex中的方法前被调用。

实践

修改Zygote.java中的代码

Zygote.java文件的位置是：frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java，在Zygote类中添加一个成员变量：

public static final int DEBUG_ENABLE_INTERPRET = 1 << 31;

在Zygote类forkAndSpecialize方法的开始部分添加下面的代码：

if (<APP包名>.equals(niceName)) {debugFlags |= DEBUG_ENABLE_INTERPRET;
}

修改dalvik_system_ZygoteHooks.cc中的代码

dalvik_system_ZygoteHooks.cc文件的位置是：art/runtime/native/dalvik_system_ZygoteHooks.cc，修改这个文件中的EnableDebugFeatures函数的代码。

向这个函数中添加下面的代码：

DEBUG_ENABLE_INTERPRET          = 1 << 31,

if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_INTERPRET) != 0) {Runtime::Current()->GetInstrumentation()->ForceInterpretOnly();debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_INTERPRET;
}

下面是对这个函数修改后的完整代码：

static void EnableDebugFeatures(uint32_t debug_flags) {// Must match values in dalvik.system.Zygote.enum {DEBUG_ENABLE_DEBUGGER           = 1,DEBUG_ENABLE_CHECKJNI           = 1 << 1,DEBUG_ENABLE_ASSERT             = 1 << 2,DEBUG_ENABLE_SAFEMODE           = 1 << 3,DEBUG_ENABLE_JNI_LOGGING        = 1 << 4,DEBUG_ENABLE_INTERPRET          = 1 << 31,};if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_CHECKJNI) != 0) {Runtime* runtime = Runtime::Current();JavaVMExt* vm = runtime->GetJavaVM();if (!vm->check_jni) {LOG(INFO) << "Late-enabling -Xcheck:jni";vm->SetCheckJniEnabled(true);// There's only one thread running at this point, so only one JNIEnv to fix up.Thread::Current()->GetJniEnv()->SetCheckJniEnabled(true);} else {LOG(INFO) << "Not late-enabling -Xcheck:jni (already on)";}debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_CHECKJNI;}if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_JNI_LOGGING) != 0) {gLogVerbosity.third_party_jni = true;debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_JNI_LOGGING;}Dbg::SetJdwpAllowed((debug_flags & DEBUG_ENABLE_DEBUGGER) != 0);if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_DEBUGGER) != 0) {EnableDebugger();}debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_DEBUGGER;if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_SAFEMODE) != 0) {// Ensure that any (secondary) oat files will be interpreted.Runtime* runtime = Runtime::Current();runtime->AddCompilerOption("--compiler-filter=interpret-only");debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_SAFEMODE;}// This is for backwards compatibility with Dalvik.debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_ASSERT;if ((debug_flags & DEBUG_ENABLE_INTERPRET) != 0) {Runtime::Current()->GetInstrumentation()->ForceInterpretOnly();debug_flags &= ~DEBUG_ENABLE_INTERPRET;}if (debug_flags != 0) {LOG(ERROR) << StringPrintf("Unknown bits set in debug_flags: %#x", debug_flags);}
}