Android ART dex2oat 浅析

作者 by adtxl / 2022-03-09 / 暂无评论 / 448 个足迹

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1. 什么是dex2oat

dex2oat (dalvik excutable file to optimized art file) ,是一个对 dex 文件进行编译优化的程序,在我们的 Android 手机中的位置是 /system/bin/dex2oat,对应的源码路径为 android/art/dex2oat/dex2oat.cc,通过编译优化,可以提升用户日常的使用体验(包含安装速度、启动速度、应用使用过程中的流畅度等),是 Android Art Runtime 中的一个重要的模块, 本文我们一起来了解下 dex2oat 的功能以及常用的场景。

2. 为什么要进行dex2oat转换?

众所周知, Android 虚拟机可以识别的是dex文件,应用使用过程中如果每次将dex文件加载进行内存,解释性执行字节码,效率会很低, 严重影响用户体验。通过dex2oat 优化后, 可以在系统运行之前利用合适的时机将dex文件字节码提前转化为虚拟机可以执行运行的机器码,后续直接从效率更高的机器码中运行,则运行阶段更加流畅,优化用户体验。

Dex2oat的主要触发场景:

image.png

3. 几种dex2oat 相关的文件

dex文件:Dex文件是Android 虚拟机识别的一种可执行文件,我们可以解压一个apk, 获取其中的class.dex文件, 通过dexdump 命令工具对dex 文件进行解析,查看文件内容,更多格式说明查看参考资料 1。

oat文件:art执行的文件,dex2oat程序编译dex文件的产物。我们可以通过oatdump 查看oat文件具体内容。

odex文件: Optimizied dexfile, odex文件已经dexopt操作优化后的产物,和dex文件类似,使用了一些优化操作码。

art文件:Image文件,记录应用启动热点函数相关地址,方便寻址。

vdex文件:Verified dex,主要包含dex和quicken info信息。Andorid 8.0新增机制产生的文件,其目的主要是为了跳过verified流程,减少dex2oat执行时间。

4. 如何使用dex2oat

4.1 dex2oat用法

dex2oat工具的常用参数如下:

imagebd160bf34ac7be1f.png

4.2 dex2oat日志解析

image76ff9651e5bd9fbc.png

从日志中可以看出,在dex2oat发起时具体的编译类型、线程数以及编译原因等等。

常见的编译类型:verify、quicken、space-profile、space、speed-profile、speed、everything, 具体效果从字面上比较好理解, 越后面的类型编译时间越长,占用的空间也越大,运行时打开速度也越快,典型空间换时间思路的体现,其中profile类型的编译方式主要是根据JIT运行过程中热点函数的情况进行编译,JIT机制不进行展开,可以查阅相关资料。

4.3 和dex2oat相关的系统配置

[pm.dexopt.ab-ota]: [speed-profile]

[pm.dexopt.bg-dexopt]: [speed-profile]

[pm.dexopt.boot]: [verify]

[pm.dexopt.first-boot]: [quicken]

[pm.dexopt.inactive]: [verify]

[pm.dexopt.install]: [speed-profile]

[pm.dexopt.shared]: [speed]

4.4 如何手动发起dex2oat操作

通过以上介绍参数含义后,我们可以在adb shell 下通过命令行方式直接发起dex2oat操作,例如强制编译微信:

adb shell cmd package compile -m speed-profile -f com.tencent.mm

清除配置文件数据并移除经过编译的代码:

adb shell cmd package compile --reset com.tencent.mm

下面对具体调用的流程进行分析。

5. dex2oat 流程分析

本次分析基于Android Q 代码。上述触发场景主要涉及PackageManagerService , 所以从该服务作为入口,分析dex2oat的相关流程。

应用在发起dex2oat时,主要通过PMS中接口调用installd触发的,相关调用函数performDexOpt ,该函数在上述应用安装以及启动的时候都会涉及,所以主要查看下这个函数的调用流程,详见代码:

image0b56085f9ce172e5.png

传入参数DexoptOptions , 可以通过该参数指定编译包名,编译类型以及标志,返回编译是否成功。常见编译标志位:

imagef06b31472b7b4cf7.png

接下来的调用流程:

image12aa10261b9bfffc.png

以上是Framework中Dex2oat 的调用流程, 感兴趣的同学可以跟踪代码查看具体细节。

系统经过installd 的dexopt编译,通常会利用一些关键的日志查看dex2oat相关的信息, 比如计算dex2oat运行耗时以及最终的编译状态。

Installd dexopt代码小结:

  1. 检测dexopt classloader context 和相关的flag。
  2. 解析传入参数,生成dex2oat 命令, 最后通过RunDex2Oat 执行。

常见的dalvik参数控制属性值,更多标志位参考详见参考资料2:

imageb06e713d0bca0e59.png

经过上述命令,最终调用到底层libart中相关代码,下面我们查看dex2oat调用的流程图, 了解dex2oat的相关流程。

流程图:

image050361b0ea8b4a1f.png

Dex2oat逻辑小结:

  1. 处理命令行参数;
  2. 判断dex2oat的setup是否完成;
  3. 根据是否为image类型,分别调用CompileImage或CompileApp的处理,CompileImage和CompileApp的主要功能逻辑类似,主要通过CompilerDriver对dexfile 进行编译。

6. Dex2oat常见修改思路

前面介绍了dex2oat一些优化以及相关的流程,虽然能够提高系统的流畅度,如果在不合适的时机发起,很有可能影响到其他用户操作,需要针对这一类情况进行修改。

以下是常见的修改思路:

  1. 根据场景和负载情况调整dex2oat 编译参数,如编译类型,编译线程数量等。
  2. 调整boot.img编译资源,预加载资源文件列表。
  3. 后台并行编译。在系统空闲或者首次加载dex文件的时候预先触发dex2oat流程,从而加快后续使用dex文件的速度。

举例:后台应用安装导致大量资源被dex2oat占用导致前台进程卡顿

dex2oat 优化后虽然能够增加应用运行的流畅度, 但是如果在短时间内大量发起则会影响用户界面操作, 造成负面的影响。所以发现应用是因为后台自动更新时, 则可以限制dex2oat运行的线程数量,尽可能的减少对前面进程的影响。

7. 总结

本文从dex2oat日志输出和使用命令出发,介绍了dex2oat常用的场景以及相关的调用流程,以此为根据简单讨论了常见dex2oat优化方面的思路,希望能起到抛砖引玉的作用,加深读者对dex2oat的原理流程的了解。

参考资料

1.https://source.android.google.cn/devices/tech/dalvik/dex-format
2.https://source.android.com/devices/tech/dalvik/configure#runtime_configuration
3.https://source.android.com/devices/tech/dalvik
4.https://blog.csdn.net/cosmoslhf/article/details/40380559

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