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android的Dalvik虚拟机简介

 

Google于2007年底正式发布了Android SDK, 作为 Android系统的重要特性,Dalvik虚拟机也第一次进入了人们的视野。它对内存的高效使用,和在低速CPU上表现出的高性能,确实令人刮目相看。依赖于底层Posix兼容的操作系统,它可以简单的完成进程隔离和线程管理。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例,其代码在虚拟机的解释下得以执行。
很多人认为Dalvik虚拟机是一个Java虚拟机,因为Android的编程语言恰恰就是Java语言。但是这种说法并不准确,因为 Dalvik虚拟机并不是按照Java虚拟机的规范来实现的,两者并不兼容;同时还要两个明显的不同:
* Java虚拟机运行的是Java字节码,而Dalvik虚拟机运行的则是其专有的文件格式DEX(Dalvik Executable)。
* 在Java SE程序中的Java类会被编译成一个或者多个字节码文件(.class)然后打包到JAR文件,而后Java虚拟机会从相应的CLASS文件和JAR文件中获取相应的字节码;Android应用虽然也是使用Java语言进行编程,但是在编译成CLASS文件后,还会通过一个工具(dx)将应用所有的 CLASS文件转换成一个DEX文件,而后Dalvik虚拟机会从其中读取指令和数据。
Dalvik和Android系统Android作为新一代的基于Linux的开源手机操作系统,其系统架构由下而上可以分为以下几部分:
* Linux内核
* 本地库
* Android运行库
* 应用框架
* 应用

如图所示,Android运行库包括两部分:核心库和Dalvik虚拟机。核心库包括了最基本的类库,如data structure, network, Utilities, File system等的,很多实现代码都是来自Apache Harmony项目,主要目的是保证虚拟机的类库能够和Java SE的类库最大可能的兼容,从而降低应用开发者从Java SE阵营转移到Android开发阵营的难度,增加其可用性。Dalvik虚拟机主要是完成对象生命周期的管理,堆栈的管理,线程管理,安全和异常的管理,以及垃圾回收等等重要功能。
Dalvik虚拟机的主要特征Dalvik 虚拟机非常适合在移动终端上使用,相对于在桌面系统和服务器系统运行的虚拟机而言,它不需要很快的CPU速度和大量的内存空间。根据Google的测算,64M的RAM已经能够令系统正常运转了。其中24M被用于底层系统的初始化和启动,另外20M被用于高层启动高层服务。当然,随着系统服务的增多和应用功能的扩展,其所消耗的内存也势必越来越大。
归纳起来,Dalvik虚拟机有如下几个主要特征:
* 专有的DEX文件格式
DEX是Dalvik虚拟机专用的文件格式,而问什么弃用已有的字节码文件(CLASS文件)而采用新的格式呢?
1.一个应用中会定义很多类,编译完成后即会有很多相应的CLASS文件,CLASS文件间会有不少冗余的信息;而DEX文件格式会把所有的 CLASS文件内容整合到一个文件中。这样,除了减少整体的文件尺寸,I/O操作,也提高了类的查找速度。
原来每个类文件中的常量池,在DEX文件中由一个常量池来管理,具体方式如下图:
2.增加了新的操作码的支持
3.文件结构尽量简洁,使用等长的指令,借以提高解析速度
4. 尽量扩大只读结构的大小,借以提高跨进程的数据共享
如何生成DEX文件呢?
Android系统和Dalvik虚拟机提供了工具(DX),在把Java源代码编译成CLASS文件后,使用DX工具。
DEX的优化 DEX文件的结构是紧凑的,然是如果我们还想要求运行时的性能有进一步提高,我们就仍然需要对DEX文件进行进一步优化。优化主要是针对以下几个方面:
* 调整所有字段的字节序(LITTLE_ENDIAN)和对齐结构中的没一个域
* 验证DEX文件中的所有类
* 对一些特定的类进行优化,对方法里的操作码进行优化
优化后的文件大小会有所增加,应该是原DEX文件的1-4倍。
优化发生的时机有两个:对于预置应用,可以在系统编译后,生成优化文件,以ODEX结尾。这样在发布时除APK文件(不包含DEX)以外,还有一个相应的ODEX文件;对于非预置应用,包含在APK文件里的DEX文件会在运行时被优化,优化后的文件将被保存在缓存中。
* 基于寄存器
相对于基于堆栈的虚拟机实现,基于寄存器的虚拟机实现虽然在硬件通用性上要差一些,但是它在代码的执行效率上却更胜一筹。一般来讲,虚拟机中指令的解释执行时间主要花在以下三个方面:
* 分发指令
* 访问运算数
* 执行运算
其中“分发指令”这个环节对性能的影响最大。在基于寄存器的虚拟机里,可以更为有效的减少冗余指令的分发和减少内存的读写访问。虽然Dalvik虚拟机并没有使用目前流行的虚拟机技术,如JIT,但是根据Google的报告,这个功能的缺失并没有另Dalvik虚拟机在性能上有所损失。我们也同时相信,Dalvik虚拟机的性能还有进一步提高的空间。
* 一个应用,一个虚拟机实例,一个进程
每一个Android应用都运行在一个Dalvik虚拟机实例里,而每一个虚拟机实例都是一个独立的进程空间。虚拟机的线程机制,内存分配和管理,Mutex等等都是依赖底层操作系统而实现的。所有Android应用的线程都对应一个Linux线程,虚拟机因而可以更多的依赖操作系统的线程调度和管理机制。
不同的应用在不同的进程空间里运行,加之对不同来源的应用都使用不同的Linux用户来运行,可以最大程度的保护应用的安全和独立运行。
Zygote 是一个虚拟机进程,同时也是一个虚拟机实例的孵化器,每当系统要求执行一个 Android应用程序,Zygote就会FORK出一个子进程来执行该应用程序。这样做的好处显而易见:Zygote进程是在系统启动时产生的,它会完成虚拟机的初始化,库的加载,预置类库的加载和初始化等等操作,而在系统需要一个新的虚拟机实例时,Zygote通过复制自身,最快速的提供个系统。另外,对于一些只读的系统库,所有虚拟机实例都和Zygote共享一块内存区域,大大节省了内存开销。
应用程序包(APK)被发布到手机上后,运行前会对其中的DEX文件进行优化,优化后的文件被保存到缓存区域(优化后的格式被称为DEY),虚拟机会直接执行该文件。如果应用包文件不发生变化,DEY文件不会被重新生成。
Android应用开发和Dalvik虚拟机Android应用所使用的编程语言是Java语言,和Java SE一样,编译时使用Sun JDK将Java源程序编程成标准的Java字节码文件(.class文件),而后通过工具软件DX把所有的字节码文件转成DEX文件(classes.dex)。最后使用Android打包工具(aapt)将DEX文件,资源文件以及AndroidManifest.xml文件(二进制格式)组合成一个应用程序包(APK)。应用程序包可以被发布到手机上运行。

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posted @ 2011-04-06 17:23  山 人  阅读(373)  评论(0编辑  收藏  举报