本文主要讲解dalvik jit的框架，至于更深层次的内容，例如编译的方法、寄存器的分配等问题，将在以后讨论。请先阅读 dalvik VM的解释器分析
Dalvik JIT的简要介绍
Dalvik JustInTime技术，是在DVM解释器工作过程中，识别和分析出热点代码，然后将其编译为机器码，然后运行的过程。
jit的基本原理比较简单，我用下面的伪代码来解释其模型：对于一个特定的指令入口dalvik PC
-
-
if
(dPC被执行次数
> 阀值
)
{
-
jit_addr
= GetJitAddr
(dPC
)
;
-
if
(jit_addr
!=
NULL
)
{
-
jit_addr
(
)
;
//进入jit代码
-
}
else
{
-
收集 dPC 所指代码到一组JitTraceRun中
;
-
AddCompileWorkQueue
(jitTraceRuns
)
;
-
}
-
}
CompileWorkQueue有一个编译线程，负责编译，编译过程是
-
while
(
1
)
{
-
JitRuns jitRuns
= GetFromWorkQueue
(
)
;
-
addr
= compile
(jitRuns
)
;
-
SetJitAddr
(addr
)
;
-
}
JIT总体可以分成3个重要的课题：
-
JIT的入口、Trace和代码管理；内容包括1.1 如何从解释代码进入到JIT过程；1.2 DVM如何收集将要被JIT的代码；1.3 DVM是如何分配和保存代码数据的；
-
JIT的编译过程，JIT如何将如何编译
-
JIT与解释模式的相互调用。
因为内容比较多，因此，我将文章分为3篇，本篇文章主要介绍JIT的入口，JIT的主要运行框架；其余两篇文章，将介绍JIT的编译与JIT编译后的代码调用。
Dalik代码中，哪些数据和重要的函数是和JIT有关的？通过Dalvik源代码，我们很容易看到，所有被WITH_JIT宏包围的代码，都是和JIT相关的。
Thread中的JIT数据结构
-
struct Thread
{
-
....
-
#ifdef WITH_JIT
-
struct JitToInterpEntries jitToInterpEntries
;
//jit代码跳转到解释模式的桥接口，配合jit编译出代码使用的
-
/*
-
* Whether the current top VM frame is in the interpreter or JIT cache:
-
* NULL : in the interpreter
-
* non-NULL: entry address of the JIT'ed code (the actual value doesn't
-
* matter)
-
*/
-
void
* inJitCodeCache
;
//当前jit的入口地址代码。用于解释到jit的跳转
-
unsigned
char
* pJitProfTable
;
//这是一个以davik PC为key的hash表，记录对应代码的执行次数
-
int jitThreshold
;
-
const
void
* jitResumeNPC
;
// Translation return point 这些是用来jit暂停再重启要保存的数据
-
const u4
* jitResumeNSP
;
// Native SP at return point
-
const u2
* jitResumeDPC
;
// Dalvik inst following single-step
-
JitState jitState
;
//用于jit trace的状态信息保存
-
int icRechainCount
;
-
const
void
* pProfileCountdown
;
-
const ClassObject
* callsiteClass
;
//invoke子对象时必须的数据
-
const Method
* methodToCall
;
-
#endif
-
....
-
}
比较重要的数据是pJitProfTable，它是一个hash表，以dalvik PC为key，通过dvmJitHash函数算出索引。索引所指是一个unsgind char数据，一开始，数据被写入255，然后直至递减至0，表示可以开始代码的Trace了。
gDvmJit以及dvmJitGetTraceAddr
gDvmJit是一个维护Jit信息的全局对象。其中最重要的是维护jit代码入口的hash表。gDvmJit.pJitEntryTable是JitEntry的hash表。这是一个桶hash对象。通过dvmJitGetTraceAddr和dvmJitGetTraceAddrThread等函数获取到dalvik pc对应的代码地址。
JIT的入口
我们知道，DVM解释器的入口是dvmMterpStdRun ，在这个函数入口处，有一个common_updateProfile的标签（汇编函数），这个标签下的代码，就是解释模式进入到JIT世界的入口。
dalvik大部分都运行在arm设备上，因此对应的源码是vm/mterp/out/InterpAsm-armv7-a-neon.S.
common_updateProfile代码分析
为了方便大家阅读，我将对应的汇编码翻译成对等的C++代码
-
-
common_updateProfile
:
-
/* 对等C++代码*/
-
int idx
= dvmJitHash
(rPC
)
;
-
if
(
--thread
-
>pJitProfTable
[idx
]
!
=
0
)
{
-
goto_op_code
(ip
)
;
//这是跳转到对应的解释器入口处。
-
}
-
-
thread
-
>pJitProfTable
[idx
]
= thread
-
>jitThreshold
;
-
-
EXPORT_PC
(
)
//save dPC到StackArea中，这是解释器要保存的事情
-
if
(
(thread
-
>inJitCodeCache
= dvmJitGetTraceAddrThread
(dPC, thread
)
)
!
=
NULL
)
{
-
thread
-
>inJitCodeCache
(
)
;
//调用jit入口
-
}
-
//其他情况，调用common_selectTrace，后续在详细讨论
其中common_selectTrace是负责开始trace代码的。
这里面比较难以理解的部分，是还要reset counter，似乎看起来是延长了进入jit的次数。
DVM进入common_updateProfile的点
DVM有很多地方都会进入到common_updateProfile中，这些包括：
-
dvmMterpStdRun入口处；
-
invoke函数，准备好参数后
-
IF指令处
-
GOTO指令
-
SWITCH指令
-
JIT指令转移到解释模式后，也有机会再次进入到JIT代码。这种情况下，jit会考虑将两者连在一起，在jit中直接跳转。
这些说明，JIT是以一段连续的没有跳转的代码为单位进行编译的。
Trace代码
Trace代码的功能，是收集将要被编译的代码，然后将结果放入到编译队列中。
Davik完成这个工作，是一边继续执行解释代码，一边收集要被编译的代码的。这个过程是通过一个巧妙的方法实现的。
为了完成这个工作，Dalvik用一个简单的状态机来实现过程控制。其中Thread.jitState是用来保存状态的。分别有5个状态:
-
kJitNone : 初始状态，此时没有开始jit
-
kJitTSelectRequest/kJitTSelectRequestHot：请求代码收集。是在common_updateProfile被调用后发现对应code还没有
-
kJitTSelect : 开始收集代码的阶段，当遇到分支跳转代码、return代码、throw代码后，就会转入Select
-
kJitTSelectEnd ： 完成收集代码的阶段，会调用dvmCompilerWorkEnqueue,将字节码加入队列
-
kJitDone ： 完成编译，并调用dvmJitSetCodeAddr，将编译后代码的地址保存起来。
除了jitState之外，Thread还有一种subMode，来表示当前解释器运行在那种状态下。subMode由枚举值ExecutionSubModes定义。ExecutionSubModes有很多，但是，我只列出重要的几个：
-
kSubModeNormal ： 正常状态，没有活动的子模式
-
kSubModeJitTraceBuild : Trace状态，现在以Trace状态运行。
kSubModeJitTraceBuild是我们关注的子模式。那么，kSubModeJitTraceBuild这种子模式究竟有什么作用呢？与Trace代码和jitState的状态变化有什么关系？
下面我们回答这个问题。
SubMode的秘密
进入kSubModeJitTraceBuild子模式
我们知道，当调用完common_updateProfile后，如果尚未获取jit代码，就会调用common_selectTrace。那么，common_selectTrace要做什么呢？为了简化代码，我还是将其翻译成对应的C++代码：对等的C++代码：
-
if
(thread
-
>subMode
& kSubModeJitTraceBuild
!
=
0
)
{
-
thread
-
>jitState
= new_jitState
;
//(即kJitTSelectRequest);
-
EXPORT_PC
(
)
;
-
SAVE_PC_FP_TO_SELF
(
)
;
//这两行是保存PC和FP信息的，与trace关系不大，忽略
-
dvmJitCheckTraceRequest
(self
)
;
//(1)
-
}
-
FETCH_INST
(
)
;
//取下个指令
-
int opcode
= GetInstOpcode
(inst
)
;
-
goto thread
-
>curHandlerTable
+ opcode
*
64
;
//(2)
(1) dvmJitCheckTraceRequest指令,就是要将jitState由kJitNone转到kJitTSelectRequest状态的函数。另外，该函数将调用dvmEnableSubMode函数，完成解释器模式的转变；
(2) goto 语句是伪代码，表示现在跳转到thread→curHandlerTable + opcode * 64的指令处执行。
实际上，这是dalvik一个非常精巧的一个手段。
首先，curHandlerTable的值，是可以通过dvmEnableSubMode改变的，也就是说，当我们需要开始收集要编译指令时，需要进入kSubModeJitTraceBuild子模式，而模式的切换，是通过改变curHandlerTable的值实现的；
其次，curHandlerTable是什么呢？ 从代码中，我们可以看到：
-
newValue.
ctl.
curHandlerTable
=
(newValue.
ctl.
breakFlags
)
-
? thread
-
>altHandlerTable
: thread
-
>mainHandlerTable
;
当进入kSubModeJitTranceBuild时，newValue.ctl.BreakFlags标记就会被设置上，因此，这种情况下，curHandlerTable的值是altHandlerTable。而平常情况下，则是mainHandlerTable。
mainHandlerTable的巧妙设计
mainHandlerTable其实就是dvmAsmInstructionStart。dvmAsmInstructionStart这个符号，是定义在InterpAsm-armv7-a-neon.S中，是这样定义的：
-
.
global dvmAsmInstructionStart
-
.
type dvmAsmInstructionStart,
%function
-
dvmAsmInstructionStart
= .
L_OP_NOP
-
.
text
-
....
从这里，我们可以看出两个信息：
-
所有的dalvik字节码指令，都有对应的一段汇编码实现，而且每段汇编码的命名是.L_OP_XXX，XXX表示opcode的名字；
-
dvmAsmInstructionStart是这组汇编码的首地址。也就是说，curHandlerTable其实是一组与dalvik字节码对应的，用于解释字节码的汇编码的数组。因此，curHandlerTable + opcode *64就是找到对应的.L_OP_opcode 代码地址，然后调用这段汇编码。
那么，为什么要乘以64呢？ 因为每个.L_OP_XXX标签前面，都有一个 .align 64的伪汇编指令。他告诉汇编器，这些标签必须以64字节为对齐。所以，所有的.L_OP_XXX代码，全部被安排在以dvmAsmInstructionStart为开始的连续空间内，并以64字节对齐。
换句话说，每个OPCODE，它的编码必须是连续的，且每个汇编码的实现，不能超出64字节。如果超出了怎么办？那就用一个branch指令，跳转到一个不受限制的空间内执行。
那么，altHandlerTable又是谁呢？
altHandlerTable的秘密
altHandlerTable，对应的代码入口是dvmAsmAltInstructionStart,他是一组.L_ALT_OP_XXX入口的标签。与mainHandlerTable一样，它也是一组数组。
那么，.L_ALT_OP_XXX与.L_OP_XXX有什么不同呢？
我们以.L_ALT_OP_MOVE为例。
首先，我们看看其源代码是如何编写的：
-
/* ------------------------------ */
-
.
balign
64
-
.
L_ALT_OP_MOVE
:
/* 0x01 */
-
/* File: armv5te/alt_stub.S */
-
/*
-
* Inter-instruction transfer stub. Call out to dvmCheckBefore to handle
-
* any interesting requests and then jump to the real instruction
-
* handler. Note that the call to dvmCheckBefore is done as a tail call.
-
* rIBASE updates won't be seen until a refresh, and we can tell we have a
-
* stale rIBASE if breakFlags==0. Always refresh rIBASE here, and then
-
* bail to the real handler if breakFlags==0.
-
*/
-
ldrb r3,
[rSELF,
#offThread_breakFlags]
-
adrl lr, dvmAsmInstructionStart
+
(
1
*
64
)
//(1)
-
ldr rIBASE,
[rSELF,
#offThread_curHandlerTable]
-
cmp r3,
#0
-
bxeq lr
//(2) @ nothing to do - jump to real handler
-
EXPORT_PC
(
)
-
mov r0, rPC @ arg0
-
mov r1, rFP @ arg1
-
mov r2, rSELF @ arg2
-
b dvmCheckBefore
//(3) @ (dPC,dFP,self) tail call
这是一个很精巧的设计。首先我把它翻译成对等的C++代码：
-
.
L_ALT_OP_MOVE
:
-
real_code_addr
= dvmAsmInstrunctionstart
+
(
1
*
64
)
;
//其实就是.L_OP_MOVE的地址，.L_OP_MOVE是第二条指令的实现
-
if
(thread
-
>breakFlags
!
=
0
)
{
-
dvmCheckBefore
(dPC, dFP, self
)
;
-
}
-
goto real_code_addr
;
//即goto .L_OP_MOVE
这里的关键是使用了lr寄存器保存.L_OP_MOVE的地址。
当代码执行(2)时，如果breakFlags == 0，就直接跳转到.L_OP_MOVE了。如果不等于0，就会调用dvmCheckBefore函数。
但是，一般情况下，我们都使用bl (branch link)来调用函数，而不是B。 bl的作用是，当调用函数时，将bl下条指令的地址，存放在lr寄存器内。
当函数返回时，使用 bx lr这样的指令，或者直接将lr的值赋值给pc，就可以返回了。
但是，这里(3) 使用了b，而没有使用bl，这样，lr的值就一直是 .L_OP_MOVE的地址。当dvmCheckBefore函数返回后，就会直接调用.L_OP_MOVE了。
由此可以看出，altHandlerTable其实就是在调用每条指令前，先调用dvmCheckBefore函数。
如何获取Trace代码
dvmCheckBefore函数会完成很多任务，其中也包括TraceBuild。因为我们只关心Trace部分，因此我们只找和Trace相关的代码。Trace代码的任务，主要由dvmCheckJit完成。
JitTraceRun
JitTraceRun是保存代码结构的。所有要编译的代码信息，就保存在这里。首先看该结构的定义：
-
/*
-
* Element of a Jit trace description. If the isCode bit is set, it describes
-
* a contiguous sequence of Dalvik byte codes.
-
*/
-
struct JitCodeDesc
{
-
unsigned numInsts
:
8
;
// Number of Byte codes in run
-
unsigned runEnd
:
1
;
// Run ends with last byte code
-
JitHint hint
:
7
;
// Hint to apply to final code of run
-
u2 startOffset
;
// Starting offset for trace run
-
}
;
-
-
struct JitTraceRun
{
-
union
{
-
JitCodeDesc frag
;
-
void
* meta
;
-
} info
;
-
u4 isCode
:
1
;
-
u4 unused
:
31
;
-
}
;
JitTraceRun不是单独存在，必须以一个数组的方式存在。JitTraceRun.isCode表示是否是代码。当是代码时，JitCodeDesc frag结构被使用。
如果遇到 isCode==1 && info.frag.runEnd == 1就表示结束。
当isCode为1时，frag变量的每个成员含义是：
-
numInsts: 当前被trace的指令个数
-
startOffset: 当前指令开始偏移。这个偏移是相对于指令所在method的偏移。偏移从0开始，表示第一条指令。
-
hint : 忽略，本阶段不考虑
-
runEnd: 必须为0，表示有效的地址。
当isCode == 0时，meta数据被使用，这个定义很宽泛，可以是任意值。但是这里，它们被用作标记一个函数调用(invoke指令）。
要标记一个函数调用，必须用4个连续的JitTranceRun，其中前3个是meta数据，最后一个是isCode。为了方便，我们用表格列出如下
| 索引 | isCode | meta/frag 数据 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 0 | False | meta = thisClass | callee 函数的this指针 |
| 1 | False | meta = thisClass→classLoader | thisClass的loader |
| 2 | False | meta = calleeMethod | 被调用函数对象 |
| 3 | True | frag.startOffset = resultPC | 函数返回后，要继续运行的dalvik PC偏移 |
当Trace完成后，我们就会得到这样一组JitTraceRun的数组，从而让我们能够完成对代码的进一步处理。
dvmJitCheck
dvmJitCheck是在每次指令完成后调用的。他根据jitState作出不同的动作。JitTraceRun数组是放在Thread.trace对象中的。为了逻辑清晰，我用伪代码给出，不再引用他的源码了。有兴趣的同学可以自己查看。
当jitState为kJitTSelect状态时，表示正在进行收集指令工作
-
//这段伪代码将字节码执行的逻辑也放进来，让大家能够清楚宏观上的结构
-
u2
* lastPC
==
0
;
-
currentTraceRun
=
0
;
-
while
(
1
)
{
//解释器的最外层循环
-
inst
= GetCurrentInst
(curPC
)
;
//获取当前指令
-
if
(lastPC
==
0
)
{
-
lastPC
= curPC
;
//第一次收集
-
thread
-
>trace
[currentTraceRun
].
info.
frag.
numInsts
=
1
;
-
thread
-
>trace
[currentTraceRun
].
info.
frag.
startOffset
= lastPC
- method
-
>insns
;
//取得地址偏移
-
thread
-
>trace
[currentTraceRun
].
isCode
=
true
;
-
}
else
{
-
if
(inst is Invoke
)
//函数调用
-
{
-
//把 callee的this, classloader和method对象放入
-
insertClassMethodInfo
(
)
;
-
currentTraceRun
+
=
3
;
-
//把返回地址放入
-
insertMoveResult
(
)
;
-
currentTraceRun
++
;
-
}
else
if
(inst is Branch or Goto or Throw or
return
)
{
-
insertLastPC
(lastPC
)
;
//把最后的pc放入到trace中
-
jitState
= kJitTSelectEnd
;
//结束
-
break
;
-
}
else
{
-
thread
-
>trace
[currentTraceRun
].
info.
frag.
numInsts
++
;
//增加指令个数
-
}
-
}
-
lastPC
= curPC
;
-
/* 解释执行inst */
-
....
-
}
通过这个简单的模型，我们可以看出，当遇到分支(if/else, switch/case) goto指令，throw和return指令后，trace就会结束。
另外，dalvik会尽量的将连续的代码放在一个run内，保证内存使用精简。
几乎所有用到的数据都要保存在Thread对象中。因为Thread对象是这个线程内运行的全局变量。
当进入kJitTSelectEnd后，就要调用dvmCompilerWorkEnqueue函数了。jit将所有的run对象拷贝一份到对象JitTraceDescription中，然后放入队列中，然编译线程继续运行。
编译及code代码存储
编译线程
在dalvik中，执行编译任务的是线程compilerThreadStart。这个线程由函数dvmCompilerStartup来创建。真正执行编译任务的是 dvmCompilerDoWork→dvmCompileTrace。
dvmCompileTrace是真正执行编译任务的函数。
编译完成后，得到的新地址会被保存到gDvmJit中。通过dvmJitSetCodeAddr调用实现。
详细的编译过程将另开辟一个文章来说明。因为编译过程实在是太复杂了。
编译出的代码内存如何分配
我曾经以为jit代码会在整个系统内共享，但是实际上，每个进程有自己的内存空间。函数dvmCompilerSetupCodeCache完成内存开辟的任务。内存首先会开辟一个gDvmJit.codeCacheSize大小(在arm下，是1500 * 1024大小）。并命名为dalvik-jit-code-cache.我们可以通过查看/proc//maps中找对应的段，就知道了。
当需要jit代码后，每次就从这个缓冲区获取一块。因为代码总是只分配不回收，所以分配方法非常简单。
2万+
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