《逆向分析》 Android Dalvik虚拟机

       Dalvik虚拟机的特点--Android应用程序的运行原理

        

       虚拟机特点：

             
 # 体积小，占用内存空间小

               # 专有的DEX可执行格式，体积更小，执行速度更快

               # 常量池采用32位索引值，寻址方法名，字段名，常量更快

               # 基于寄存器架构，并有一套完整的指令系统

               # 提供了对象生命周期管理，堆栈管理，线程管理，安全和异常管理以及垃圾回收等重要功能

               # 所有的Android程序都运行在Android系统进程里，每个进程对应着一个Dalvik虚拟机实例  

       Dalvik虚拟机与Java虚拟机的区别

               1. Java虚拟机运行的是Java字节码，Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码。

                传统的Java程序经过编译，生成Java字节码保存在class文件中，Java虚拟机通过解码class文件中的内容来运行程序 。而Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码，所有的Dalvik字节码由Java字节码转换而来，并被打包到一个DEX（Dalvik Executable）可执行文件中。Dalvik虚拟机通过解释DEX文件来执行这些字节码。

                2. Java虚拟机与Dalvik虚拟机架构不同

                Java虚拟机基于栈架构。程序在运行时，需要频繁地从栈上读取或写入数据，这个过程需要更多的指令分派与内存访问次数，会消耗不少CPU时间，对于像手机设备资源有限的设备来说，这是相当大的一笔开销。

                Dalvik虚拟机基于寄存器架构。数据的访问通过寄存器间直接传递，这样的访问方式比基于栈方式要快很多。

                对于Java程序而言，每个线程在执行时，都有一个PC计数器与一个Java栈。PC计数器以字节为单位记录当前运行位置距离方法开头的偏移量，它的作用类似于ARM架构CPU的PC寄存器与x86架构CPU的IP寄存器，不同的是PC计数器只对当前方法有效，Java虚拟机通过他的值来取指令执行。Java栈用于记录Java方法调用的“活动记录”，Java栈以帧为单位保存线程运行的状态，每调用一个方法，就会分配一个新的栈帧压入Java栈上，每从一个方法返回，则弹出并撤销相应的栈帧，每个栈帧包括局部变量区，求值栈和其他一些信息，局部变量区用于存储方法的参数和局部变量，其中参数按源码中从左到右的顺序保存在局部变量开头的几个slot中。求值栈用于保存求值的中间结果和调用别的方法的参数等。

                Dalvik虚拟机运行时，同样为每个线层维护一个PC计数器和调用栈，与Java虚拟机不同的是，这个调用栈维护一份寄存器列表，寄存器的数量在方法结构体的register字段中给出，Dalvik虚拟机会根据这个值来创建一份虚拟的寄存器列表

                由此可见，给予寄存器架构的Dalvik虚拟机与基于栈架构的Java虚拟机相比，由于生成的代码指令少了，程序执行速度会更快一些。

        Dalvik虚拟机是如何执行程序的

        Android系统的架构采用分层的思想，这样的好处是减少各层之间的依赖性，便于独立分发，容易收敛问题和错误等优点。Android系统优Linux内核，函数库，Android运行时，应用程序框架和应用程序组成。Dalvik虚拟机属于Android运行时环境，它与一些核心库共同承担Android应用程序的运行工作。

        Android系统启动加载完内核后，第一个执行的是init进程，init进程首先要做的是设备的初始化工作，然后读取inic.rc文件并启动系统中的重要外部程序zygote。zygote进程是Android所有进程的孵化器进程，它启动后会首先初始化Dalvik虚拟机，然后启动system_server并进入Zygote模式，通过socket等候命令。当执行一个Android应用程序时，system_server进程通过socket方式发送命令给Zygote，Zygote收到命令后通过fork自身，创建一个Dalvik虚拟机的实例来执行应用程序的入口函数，这样一个程序就启动完成了。