JVM-系统初始化

系统初始化入口是JNI_CreateJavaVM函数，位于YourProjPath/hotspot/src/share/vm/prims/jni.cpp中，hotspot代码中的prims模块里面定义的就是一些外部接口，供JDK或者其他应用程序调用。
为了加深印象，我们先复习下JNI_CreateJavaVM函数是怎么来的。入口main函数中创建了运行JavaMain的主线程，在主线程中会调用InitializeJVM来对虚拟机进行初始化，InitializeJVM中通过InvocationFunctions结构体中的函数指针来调用CreateJavaVM，这个CreateJavaVM是通过dlsym(libjvm, "JNI_CreateJavaVM")获取到的。

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系统初始化

JNI_CreateJavaVM函数中做的主要工作：
1.通过CAS判断vm_created变量是否为1，来保证当前只有一个JVM被创建
2.调用Threads::create_vm()来创建虚拟机
3.分别处理创建成功和失败的后续工作
所以想要知道真正的创建虚拟机的过程，我们需要去Threads::create_vm()中一探究竟。这个函数做了大量的工作，初始化了绝大多数Hotspot内核模块。由于代码极其的长，贴上之后影响阅读，可自行去hotspot/src/share/vm/runtime/thread.cpp下查看，从函数名称中可以大概看出都有哪些流程，接下来我们对其中一些重要步骤做详细分析。

• 初始化一些版本信息
• 初始化流输出模块
• 处理launcher属性
  包括-Dsun.java.launcher和-Dsun.java.launcher.pid属性
• 初始化os
  os::init()函数，位于hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp，用于初步初始化一些linux系统相关内容，主要包括：
  1.初始化随机数产生器种子
  2.设置内存页大小
  3.初始化系统信息
  4.获取原生主线程句柄
  5.初始化时钟
• 初始化系统属性
  与操作系统相关的属性，详细代码位于hotspot/src/share/vm/runtime/arguments.cpp中的void Arguments::init_system_properties()函数
• 初始化JDK版本
• 初始化/升级JDK版本特定的系统属性
• 解析程序参数
• 初始化和应用ergonomics
  jvm ergonomics主要用于根据机器配置选择JVM内存参数和gc策略等等。
  init_before_ergo主要初始化了大内存页。
  Arguments::apply_ergo()根据机器的内存、CPU等等硬件信息，初始化了一些JVM内存参数、gc策略、根据CPU不同选择不同策略的BiasedLocking(偏向锁)等等内容，还初始化了JDK8取消持久带新增的Metaspace区。
• 启动timer，用于统计一些JVM启动信息
• 再次初始化os
  os::init_2()函数，位于hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp，和os::init()不同的是，os::init()用于初始化一些固定配置，os::init_2()根据外部传进来的参数来进行配置，os::init_2()初始化了以下内容：
  1.初始化快速线程时钟
  2.使用mmap分配一个只读单页内存供safepoint polling使用
  safepoint是JVM中很重要的一个概念，在很多场景下都会看到，特别是在GC时。safepoint是指一些特定的位置，当线程运行到这些位置时，线程的一些状态可以被确定。
  3.使用mmap分配memory_serialize_page
  memory_serialize_page是用来在不使用memory barrier系指令的场景下模拟其操作，这样VM Thread可以在Java线程状态发生变化时，及时获取到它们的状态，以正确地进行safe point时的管理。
  4.初始化内核信号，安装信号处理handler
  5.设置线程栈大小，设置线程初始栈
  6.初始化libpthread
  7.设置linux最大fd数量
  8.设置用于串行化线程创建的时钟
  9.若开启PerfAllowAtExitRegistration选项，向系统注册atexit函数
  10.初始化线程优先级策略
  以上可能有很多概念还不是很理解，这没关系，到后面随着一步步对hotspot了解的加深，很多问题都会豁然开朗，这里只是对hotspot启动时做了哪些工作有个大致了解即可。
• 配置好os后再做一步参数调整
• 初始化TLS
  ThreadLocalStorage::init();
• 初始化输出流log
• 加载系统库
  在解析JVM配置选项的时候，Arguments模块根据虚拟机选项-Xrun将要加载的本地库加入到_libraryList中，根据-agentlib -agentpath选项将要加载的本地代理库加入到_agentList中，当这些库被加载进虚拟机进程后，虚拟机将在库中查找函数符号JVM_Onload或者Agent_OnLoad并调用该函数，实现这些库与虚拟机的连接。
• 初始化全局数据结构

  void vm_init_globals() {
  check_ThreadShadow();
  basic_types_init();
  eventlog_init();
  mutex_init();
  chunkpool_init();
  perfMemory_init();
  }

  1.初始化java基本类型系统
  2.初始化事件队列
  3.初始化全局锁
  4.初始化chunkpool
  这是hotspot实现的内存池，包括_large_pool，_medium_pool，_small_pool和_tiny_pool，这样系统就不必执行malloc/free
  5.初始化JVM性能统计数据区(PerfData)，由选项UsePerfData设置。
• 创建JavaThread
  在openjdk中，一个Java线程背后涉及到许多数据结构，Java层面是java.lang.Thread，hotspot层面是JavaThread -> OSThread，native层面是pthread_create()创建的线程。
  java中：

  class Thread implements Runnable {
    private long           eetop;
  }

  eetop就是指向JavaThread的指针。
  hotspot中，Thread用于记录平台无关信息，OSThread记录平台相关信息。

  class Thread: public ThreadShadow {
  OSThread* _osthread;
  }

  class JavaThread: public Thread {
  }

  有了以上知识，我们来看JavaThread的创建：

  JavaThread* main_thread = new JavaThread();
  main_thread->set_thread_state(_thread_in_vm);
  main_thread->record_stack_base_and_size();
  main_thread->initialize_thread_local_storage();
  main_thread->set_active_handles(JNIHandleBlock::allocate_block());
  if (!main_thread->set_as_starting_thread()) {
  vm_shutdown_during_initialization(
    "Failed necessary internal allocation. Out of swap space");
  delete main_thread;
  *canTryAgain = false; // don't let caller call JNI_CreateJavaVM again
  return JNI_ENOMEM;
  }
  main_thread->create_stack_guard_pages();

  首先创建了一个JavaThread类型的main_thread，set_thread_state将线程状态设置为_thread_in_vm，表示该线程处于在JVM中执行的状态，record_stack_base_and_size记录线程栈的基址和大小，initialize_thread_local_storage初始化线程本地存储区TLS，set_active_handles为线程设置JNI句柄，set_as_starting_thread为JavaThread创建了OSThread，并Store pthread info into the OSThread，create_stack_guard_pages初始化这个线程栈。
• 初始化Java的对象监视器
  java的关键字synchronized就是通过对象监视器实现的
• init_globals()函数
  这个函数实现了对全局模块的初始化，代码位于hotspot/src/share/vm/runtime/init.cpp。这些模块是Hotspot的整体基础，后面会对这些模块分别分析
• 将创建的main_thread加入线程队列
• 创建VMThread
  VMThread用于执行VMOptions，VMOptions实现了JVM内部的核心操作，为其他运行时模块以及外部程序接口服务。VMThread创建成功后不断等待、接受并执行指定的VMOptions。
• 初始化主要的JDK类
• 创建Java层Thread
  在java.lang.Thread类初始化好之后，创建了java.lang.Thread，设置到刚才创建的JavaThread中去，main_thread->set_threadObj(thread_object);，同时这个main_thread也被设置给了java.lang.Thread的eetop。
  到这里，java版的main线程就被创建好了，所以现在就是java.lang.Thread中有JavaThread，JavaThread中有OSThread，OSThread中又有pthread也就是native thread，这里的pthread才是真正的可以被操作系统执行的线程，其他的都只是一些结构体，而且这里的pthread就是上一节中分析启动流程时说过的通过pthread_create的主线程，真正的java main函数在这个线程中执行。
• 创建一些守护进程
  JVM初始化完毕，比较难的是弄清这些线程之间的关系。

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