_call_stub_entry入口中的pc( )函数

冷不防 2023-02-17 02:37 5阅读 0赞

在总结\_call\_stub\_entry之前，先再次回顾下Java主函数调用必须经过的call\_stub（）函数，展开后得到的结构如下：

static CallStub call_stub()
    {
        return (CallStub)(castable_address(_call_stub_entry));
    }

CallStub是自定义类型的函数指针，有八个参数，call\_stub（）最后返回的就是这么一个函数指针变量类型。castable\_address则是一个函数，接收一个地址类型address变量，并将其转换为基本类型unsigned int，最后返回出去：

inline address_word castable_address(address x)
    {
        return address_word(x);
    }

由此来看，\_call\_stub\_entry是一个address类型，也就是标识的是某个内存地址，CallStub函数指针存放了这一地址后，相当于CallStub函数指针指向了某一个函数的入口，这样就可以调用函数了。\_call\_stub\_entry在JVM初始化时就已经存放了某一个函数的入口地址，由generate\_call\_stub（）函数完成首地址的生成。

## 初始化链路 ##

JVM在初始化时就要对\_call\_stub\_entry进行内存地址赋值，初始化过程中，从main（）函数开始，整个初始化链路是这样的：

java.c:main()
    	java_md.c:LoadJavaVM()
    	 jni.c:JNI_CreateJavaVM()
    	 	Threads.c:create_vm()
    			init.c:init_globals()
    				StubRoutines.cpp:stubRoutines_initl()
    					StubRoutines.cpp:initializel()
    						stubGenerator_x86_x32.cpp:StubGenerator_generate()
    							stubGenerator_x86_x32.cpp:StubCodeGenerator()
    								stubGenerator_x86_x32.cpp:generate_initial()

可与看到，在初始化链路中，stubRoutines\_initl（）负责例程的初始化，例程在上一篇日志里讲过，就是JVM初始化时写好的一些机器指令，为了实现特定的动作，例如函数调用与返回，异常处理等例程，CallStub函数指针里也有一个entry\_point例程，它就是JVM调用Java方法时的入口，调用Java方法都必须先执行entry\_point例程。

再往后走，链路的最后调用了generate\_initial（）函数，对\_call\_stub\_entry变量进行初始化，来看看generate\_initial（）函数中都做了哪些事情：

void generate_initial() {
    // Generates all stubs and initializes the entry points
    
    // This platform-specific settings are needed by generate_call_stub()
    create_control_words();
    
    // entry points that exist in all platforms Note: This is code
    // that could be shared among different platforms - however the
    // benefit seems to be smaller than the disadvantage of having a
    // much more complicated generator structure. See also comment in
    // stubRoutines.hpp.
    
    StubRoutines::_forward_exception_entry = generate_forward_exception();
    
    StubRoutines::_call_stub_entry =
      generate_call_stub (StubRoutines::_call_stub_return_address);
      
      //下面源码省略....
    }

在generate\_initial（）函数中看到了\_call\_stub\_entry变量，它的初始化是得到genetate\_call\_stub（）函数的返回值，该函数会产生一个首地址，赋值给\_call\_stub\_entry进行初始化，产生首地址的过程比较复杂，一步一步慢慢来看它的源码，接着是看genetate\_call\_stub（）函数：

address generate_call_stub(address& return_address) {
        StubCodeMark mark(this, "StubRoutines", "call_stub");
        address start = __ pc(); // 当前函数的入口地址
    	
    	assert(frame::entry_frame_call_wrapper_offset == 2, "adjust this code");
    	bool sse_save = false;
    	const Address rsp_after_call(rbp, -4 * wordSize);
    	
    	//下面源码省略....
    }

第二行一个address类型的变量start，通过pc（）函数获得首地址，保存的是当前这个例程的机器码起始位置。

### pc（）函数 ###

来看看pc（）函数的结构：

address pc() const {
        return  _code_pos;
    }

返回类型是address，即一个内存地址，对应的是一个例程，JVM会初始化很多例程，每一个例程都是存放在一片连续的内存区域中的，最开始第一个例程的起始位置假设为0，例程所占内存为16个字节，那么\_pc（）函数就会返回0给start，JVM初始化第二个例程时，\_pc（）函数就会返回16，假设例程大小也为16个字节，那么结束位置就是32，第三个例程在初始化时\_pc（）函数得到的返回值就是32，以此类推。

JVM的进程内存中分有几个部分，JVM堆，代码段和数据段等，所有的例程都会放在JVM堆里，所以JVM在初始化时会创建一个较大的堆内存区域，专门用来存放各种例程。每一个例程占用一片连续的区域，并且有一个对应的generate（）函数，两个例程之间的内存区域也是相连的，当第一个例程对应的generate（）函数执行完后，\_code\_pos变量的值就会自动增加，大小等于例程的大小，例如16，那么到第二个例程调用generate（）函数时，得到的\_pc（）返回值就是16。每一个generate（）函数中都会有address start = \_pc();这段代码，start得到返回值\_code\_pos就是上一个例程的偏移量最后的位置，该位置也是下一个例程的开始位置。

## generate\_all\_stub（）入参 ##

ok，generate\_all\_stub（）函数继续往下走，设置完start变量的偏移量后，接下来就是一些变量定义，寻址：

const Address call_wrapper  (rbp, 2  * wordSize);
    const Address result        (rbp, 3  * wordSize);
    const Address result_type   (rbp, 4  * wordSize);
    const Address method        (rbp, 5  * wordSize);
    const Address entry_point   (rbp, 6  * wordSize);
    const Address parameters    (rbp, 7  * wordSize);
    const Address parameter_size(rbp, 8  * wordSize);
    const Address thread        (rbp, 9  * wordSize);
    const Address r15_save(rbp, r15_off * wordSize);
    const Address r14_save(rbp, r14_off * wordSize);
    const Address r13_save(rbp, r13_off * wordSize);
    const Address r12_save(rbp, r12_off * wordSize);
    const Address rbx_save(rbp, rbx_off * wordSize);

可以看到，result、result\_type、method、parameters甚至entry\_point，都是前面CallStub函数指针里的参数，拿其中一行代码来看，const Address result (rbp, 3 \* wordSize);表达的意思是result变量在JVM堆中的位置是 3 \* wordSize(%rbp)，在JVM为每一个Java方法分配的栈空间中，可以将其分为四个部分，存放变量的变量区，存放参数的入参区，ip代码段寄存器和bp栈基寄存器。

### 变量区和入参区 ###

变量区保存的是该Java方法中的一些局部变量，存放的是变量的引用，也就是地址，要注意的是，方法栈空间的变量区不是一定会初始化的，如果调用的Java方法中没有使用到局部变量，那么JVM不会分配出变量区。入参区在数据入参的时候用到，假如一个方法中又调用到了另一个方法，而且需要传入参数，那么就会将参数压栈到入参区，入参区存在与调用者的方法栈中，被调用这可以从里面拿到压栈后的参数。举个例子讲一下调用者和被调用者的关系，假设main（）方法里调用了run（）方法，那么main（）方法就是调用者，run（）方法就是被调用者，main（）方法压栈的参数存放在了main（）方法的方法栈中，run（）方法从main（）方法栈中获取入参，如果run（）方法里面又调用其他方法，那么其他方法就从run（）方法的方法栈中获取入参。

### ip和bp寄存器 ###

ip是代码段寄存器，bp是栈的基地址寄存器（或者叫栈基寄存器），这两个寄存器在函数执行call add指令时就会自动压栈到栈顶位置，看个例子：

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main（）函数中调用run（）函数时，会自动将eip和ebp寄存器压入main（）函数的栈顶，ip代码段寄存器的作用就是为了让main（）函数在执行完run（）函数返回后，能继续执行main（）函数下面的代码，具体做法就是在执行函数调用时，自动将eip压栈，待被调用函数执行完成后，eip出栈，恢复调用函数的执行位置。

bp栈基地址寄存器，作用就十分重要了，涉及到参数获取，例如一条指令movl8(%ebp) %eax，指的是从ebp寄存器向上偏移8个字节处获取参数数据，然后放到eax寄存器中。这里有一些地方需要注意的是，在JVM的栈空间中，内存地址从栈顶开始为低地址，向上分配，到栈底处为最高地址，例如还是上面那张图，main（）函数栈底处为0（%esp），栈顶处为64（%esp），一共64字节内存空间，这是分配问题。还有一个是寻址问题，JVM在对数据进行寻址使用的是偏移量，用偏移量来确定数据的位置。拿回上面的图做例子，ebp寄存器的位置就是run（）函数的栈底位置，那么它相对于run（）栈底偏移量就是0，可以直接写成（%ebp），eip寄存器相对于run（）函数栈底的位置是偏移了4个字节，所以用4（%ebp）表示，这是数据或变量通过被调用者栈底，也就是run（）函数栈底来确定位置，还可以通过调用者的栈顶来确定数据的位置，一样的，如果取的数据在基准位置（例如ebp）的上方，也就是高地址位，那么指令前的数字就是正数，例如8（%ebp），意思是当前位置加上8个字节，相对的，如果位置在基准位置的下方，也就是低地址位，那么指令前的数字就是负数。

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