在前面一文中，我们介绍了Android运行时ART，它的核心是OAT文件。OAT文件是一种Android私有ELF文件格式，它不仅包含有从DEX文件翻译而来的本地机器指令，还包含有原来的DEX文件内容。这使得我们无需重新编译原有的APK就可以让它正常地在ART里面运行，也就是我们不需要改变原来的APK编程接口。本文我们通过OAT文件的加载过程分析OAT文件的结构，为后面分析ART的工作原理打基础。
OAT文件的结构如图1所示：
由于OAT文件本质上是一个ELF文件，因此在最外层它具有一般ELF文件的结构，例如它有标准的ELF文件头以及通过段（Section）来描述文件内容。关于ELF文件的更多知识，可以参考维基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/Executable_and_Linkable_Format。
作为Android私有的一种ELF文件，OAT文件包含有两个特殊的段oatdata和oatexec，前者包含有用来生成本地机器指令的dex文件内容，后者包含有生成的本地机器指令，它们之间的关系通过储存在oatdata段前面的oat头部描述。此外，在OAT文件的dynamic段，导出了三个符号oatdata、oatexec和oatlastword，它们的值就是用来界定oatdata段和oatexec段的起止位置的。其中，[oatdata, oatexec – 4]描述的是oatdata段的起止位置，而[oatexec, oatlastword]描述的是oatlastword的起止位置。要完全理解OAT的文件格式，除了要理解本文即将要分析的OAT加载过程之外，还需要掌握接下来文章分析的类和方法查找过程。
在分析OAT文件的加载过程之前，我们需要简单介绍一下OAT是如何产生的。如前面Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析一文所示，APK在安装的过程中，会通过dex2oat工具生成一个OAT文件：
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static void run_dex2oat(int zip_fd, int oat_fd, const char* input_file_name, const char* output_file_name, const char* dexopt_flags) { static const char* DEX2OAT_BIN = "/system/bin/dex2oat"; static const int MAX_INT_LEN = 12; // '-'+10dig+'' -OR- 0x+8dig char zip_fd_arg[strlen("--zip-fd=") + MAX_INT_LEN]; char zip_location_arg[strlen("--zip-location=") + PKG_PATH_MAX]; char oat_fd_arg[strlen("--oat-fd=") + MAX_INT_LEN]; char oat_location_arg[strlen("--oat-name=") + PKG_PATH_MAX]; sprintf(zip_fd_arg, "--zip-fd=%d", zip_fd); sprintf(zip_location_arg, "--zip-location=%s", input_file_name); sprintf(oat_fd_arg, "--oat-fd=%d", oat_fd); sprintf(oat_location_arg, "--oat-location=%s", output_file_name); ALOGV("Running %s in=%s out=%s\n", DEX2OAT_BIN, input_file_name, output_file_name); execl(DEX2OAT_BIN, DEX2OAT_BIN, zip_fd_arg, zip_location_arg, oat_fd_arg, oat_location_arg, (char*) NULL); ALOGE("execl(%s) failed: %s\n", DEX2OAT_BIN, strerror(errno)); } |
这个函数定义在文件frameworks/native/cmds/installd/commands.c中。
其中，参数zip_fd和oat_fd都是打开文件描述符，指向的分别是正在安装的APK文件和要生成的OAT文件。OAT文件的生成过程主要就是涉及到将包含在APK里面的classes.dex文件的DEX字节码翻译成本地机器指令。这相当于是编写一个输入文件为DEX、输出文件为OAT的编译器。这个编译器是基于LLVM开发的。编译器的工作原理比较高大上，所幸的是它不会影响到我们接下来的分析，因此我们就略过DEX字节码翻译成本地机器指令的过程，假设它很愉快地完成了。
APK安装过程中生成的OAT文件的输入只有一个DEX文件，也就是来自于打包在要安装的APK文件里面的classex.dex文件。实际上，一个OAT文件是可以由若干个DEX生成的。这意味着在生成的OAT文件的oatdata段中，包含有多个DEX文件。那么，在什么情况下，会生成包含多个DEX文件的OAT文件呢？
从前面Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析一文可以知道，当我们选择了ART运行时时，Zygote进程在启动的过程中，会调用libart.so里面的函数JNI_CreateJavaVM来创建一个ART虚拟机。函数JNI_CreateJavaVM的实现如下所示：
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extern "C" jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) { const JavaVMInitArgs* args = static_cast<JavaVMInitArgs*>(vm_args); if (IsBadJniVersion(args->version)) { LOG(ERROR) << "Bad JNI version passed to CreateJavaVM: " << args->version; return JNI_EVERSION; } ass="crayon-line" id="crayon-5812c35d553e2988645670-5"> return JNI_EVERSION; } ݽ过程分析OAT文件的结构，为后面分析ART的工作原理打基础。
OAT文件的结构如图1所示：
由于OAT文件本质上是一个ELF文件，因此在最外层它具有一般ELF文件的结构，例如它有标准的ELF文件头以及通过段（Section）来描述文件内容。关于ELF文件的更多知识，可以参考维基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/Executable_and_Linkable_Format。 作为Android私有的一种ELF文件，OAT文件包含有两个特殊的段oatdata和oatexec，前者包含有用来生成本地机器指令的dex文件内容，后者包含有生成的本地机器指令，它们之间的关系通过储存在oatdata段前面的oat头部描述。此外，在OAT文件的dynamic段，导出了三个符号oatdata、oatexec和oatlastword，它们的值就是用来界定oatdata段和oatexec段的起止位置的。其中，[oatdata, oatexec – 4]描述的是oatdata段的起止位置，而[oatexec, oatlastword]描述的是oatlastword的起止位置。要完全理解OAT的文件格式，除了要理解本文即将要分析的OAT加载过程之外，还需要掌握接下来文章分析的类和方法查找过程。 在分析OAT文件的加载过程之前，我们需要简单介绍一下OAT是如何产生的。如前面Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析一文所示，APK在安装的过程中，会通过dex2oat工具生成一个OAT文件：
这个函数定义在文件frameworks/native/cmds/installd/commands.c中。
其中，参数zip_fd和oat_fd都是打开文件描述符，指向的分别是正在安装的APK文件和要生成的OAT文件。OAT文件的生成过程主要就是涉及到将包含在APK里面的classes.dex文件的DEX字节码翻译成本地机器指令。这相当于是编写一个输入文件为DEX、输出文件为OAT的编译器。这个编译器是基于LLVM开发的。编译器的工作原理比较高大上，所幸的是它不会影响到我们接下来的分析，因此我们就略过DEX字节码翻译成本地机器指令的过程，假设它很愉快地完成了。 APK安装过程中生成的OAT文件的输入只有一个DEX文件，也就是来自于打包在要安装的APK文件里面的classex.dex文件。实际上，一个OAT文件是可以由若干个DEX生成的。这意味着在生成的OAT文件的oatdata段中，包含有多个DEX文件。那么，在什么情况下，会生成包含多个DEX文件的OAT文件呢？ 从前面Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析一文可以知道，当我们选择了ART运行时时，Zygote进程在启动的过程中，会调用libart.so里面的函数JNI_CreateJavaVM来创建一个ART虚拟机。函数JNI_CreateJavaVM的实现如下所示：
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