java源代码分析----jvm.dll装载过程

2019-11-18 12:14:17

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供稿：网友

　　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
　　
　　本文分析之代码，《JavaTM 2 SDK, Standard Edition, v1.4.2 fcs
　　Community Source Release》，可从sun官方网站下载，主要分析的源代码为：
　　j2se/src/share/bin/java.c
　　j2se/src/windows/bin/java_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.exe/javac.exe/javadoc.exe，java.c源
　　代码中通过JAVA_ARGS宏来控制生成的代码，假如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：
　　j2se/make/java/javac/Makefile（这是javac编译文件）中：
　　$(CD) ../../sun/javac ; $(MAKE) $@ RELEASE=$(RELEASE) FULL_VERSION=$(FULL_VERSION)
　　j2se/make/sun/javac/javac/Makefile（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（j2se/src/windows/bin/java_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:/java/j2sdk1.4.2_04/bin/java.exe”，然后去掉文件名取绝对路径为：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/bin”，之后会在去掉最后一级目录，现在绝对路径为：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04”。
　　然后GetJREPath函数继续判定刚刚取的路径+/bin/java.dll组合成的这个java.dll
　　文件是否存在，假如存在则“D:/java/j2sdk1.4.2_04”为JRE路径，否则判定取得
　　的“D:/java/j2sdk1.4.2_04”路径+/jre/bin/java.dll文件是否存在，存在则
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”为JRE路径。假如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_MACHINE/Software/JavaSoft/Java Runtime Environment/CurrentVersion
　　键值“当前JRE版本号”，判定“当前JRE版本号”是否为1.4做为版本号，假如是则
　　取HKEY_LOCAL_MACHINE/Software/JavaSoft/Java 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:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”。
　　
　　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）的判定是通过java_md.c中GetArch函数判定的，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:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/lib/i386/jvm.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=<jvm_dir>" option, but that too is unsupported# and may not be available in a future release.#-client KNOWN-server KNOWN-hotspot ALIASED_TO -client-classic WARN-native ERROR-green ERROR
　　
　　（假如细心的话，我们会发现在JDK目录中我的为：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”和“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/server”两个目录下都存在jvm.dll文件。而java正是通过jvm.cfg配置文件来治理这些不同版本的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定是由java.c中函数：CheckJvmType判定，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<jvm.cfg中jvm名称>”、“java -XXaltjvm=<jvm类型名称>”或“java -J-XXaltjvm=<jvm类型名称>”。假如是第一种参数传递方式，CheckJvmType函数会取参数‘-J’后面的jvm名称，然后从已知的jvm配置参数中查找假如找到同名的则去掉该jvm名称前的‘-’直接返回该值；而第二种方法，会直接返回“-XXaltjvm=”或“-J-XXaltjvm=”后面的jvm类型名称；假如在运行java时未指定上面两种方法中的任一一种参数，CheckJvmType会取配置文件中第一个配置中的jvm名称，去掉名称前面的‘-’返回该值。CheckJvmType函数的这个返回值会在下面的函数中汇同jre路径组合成jvm.dll的绝对路径。
　　
　　比如：假如在运行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，假如有则去掉jvm名称前的“-”直接返回“client”；而假如在运行java程序时使用如下参数：
　　“java -XXaltjvm=D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client test”，则ReadKnownVMs
　　会直接返回“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”；假如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:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client/jvm.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函数判定CheckJvmType
　　返回的jvm类型字符串中是否包含了‘/’或‘/’假如包含则以该jvm类型字符串+/jvm.dll作为JVM的全路径，否则以JRE路径+/bin+/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+/bin+/jvm类型字符串+/jvm.dll 按照我的JDK路径则为：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”+“/bin”+“/client”+“/jvm.dll”。
　　第二种情况“java -XXaltjvm=D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client test”路径为：
　　jvm类型字符串+/jvm.dll即为：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”+“/jvm.dll”
　　第三种情况“java test”为：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”+“/bin”+“/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:/javaj2sdk1.4.2_04/jre/bin/client/jvm.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:/work/java_research>set _JAVA_LAUNCHER_DEBUG=1
　　
　　情况一
　　E:/work/java_research>java -J-client test.ScanDirectory
　　----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----

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