Android ART运行环境下Image文件格式简析

可以通过阅读代码来帮助分析Image文件的格式。

首先，在art\runtime\Image.h文件中，有相关的定义：

byte magic_[4];byte version_[4];// Required base address for mapping the image.uint32_t image_begin_;// Image size, not page aligned.uint32_t image_size_;// Image bitmap offset in the file.uint32_t image_bitmap_offset_;// Size of the image bitmap.uint32_t image_bitmap_size_;// Checksum of the oat file we link to for load time sanity check.uint32_t oat_checksum_;// Start address for oat file. Will be before oat_data_begin_ for .so files.uint32_t oat_file_begin_;// Required oat address expected by image Method::GetCode() pointers.uint32_t oat_data_begin_;// End of oat data address range for this image file.uint32_t oat_data_end_;// End of oat file address range. will be after oat_data_end_ for// .so files. Used for positioning a following alloc spaces.uint32_t oat_file_end_;// Absolute address of an Object[] of objects needed to reinitialize from an image.uint32_t image_roots_;

下面一一说明：

1）  最先的4个字节是Image文件的magic code，其值在对应的art\runtime\Image.cc文件中有定义:

const byte ImageHeader::kImageMagic[] = { 'a', 'r', 't', '\n' };

2）  接下来的4个字节是Image文件的版本号，同样在Image.cc文件中有指定：

const byte ImageHeader::kImageVersion[] = { '0', '0', '5', '\0' };

3）  再下来的4个字节指定了Image文件映射到内存中的起始地址；

4）  再下来的4个字节说明了Image文件的大小，这是没有根据页4K对齐后的大小；

5）  再下来的8个字节用来指定Image的bitmap，先4个字节说明bitmap相对文件头所在内存地址的偏移，后4个地址说明bitmap的具体大小，至于bitmap的具体作用，以后再说；

6）  再下来的4个字节指定了所要链接的oat文件的checksum，方便以后在运行时检查；

7）  再下来的4个字节是Boot Oat文件在内存中的起始地址，该地址同时也在包含Oat的Elf文件中指定，从而保证在dlopen后加载到这个特定的地址；

8）  再下来的4个字节是Boot Oat文件中数据段的起始地址，该地址和Boot Oat文件中符号oatdata指定的地址一样；

9）  再下来的4个字节是Boot Oat文件中数据段的结束地址，该值等于Boot Oat文件中符号oatlastword+4；

10）             再下来的4个字节是Boot Oat文件在内存中的结束地址，该值可以定位用于动态内存分配的内存段；

11）             最后的4个字节很关键，它是一个地址，指向了一个ObjectArray，里面包含了非常重要的对象。具体来说，一共有7个：

enum ImageRoot {  kResolutionMethod,  kCalleeSaveMethod,  kRefsOnlySaveMethod,  kRefsAndArgsSaveMethod,  kOatLocation,  kDexCaches,  kClassRoots,  kImageRootsMax,};

就先说这么多，具体每个的作用稍后再分析。

目前为止，罗列了那么多概念，估计大家头也晕了，下面举个例子吧。笔者有一台Google Nexus 7二代设备，打开开发者选项，切换到ART运行环境，并且root过后，可以把Image文件（system@[e-mail]）和Boot Oat文件（system@[e-mail]）拿出来。首先，用二进制编辑工具打开.art文件，一探究竟：

从中我们可以看出，magic code是“art\n”，版本号是“005\0”，Image文件映射到内存中的起始地址是0x60000000，Image的大小是0xA9BDB0，Bitmap的偏移是0xA9C000，大小是0x2A6F8。0xA9C000+0x2A6F8=0xAC66F8，这个值正好是.art文件的大小。

所以.art文件实际就是由Image加上其Bitmap组成。好，我们继续，接下来的0xE566C279是要加载的oat文件的checksum，.oat文件的起始地址是0x60A9C000，结束地址是0x64618000，.oat文件的数据段起始地址是0x60A9D000，结束地址是0x646161A8。所有这些绝对地址在.oat文件中也有记录，让我们用readelf打开.oat文件看看，Program Headers如下：

可以看到，映射到的物理地址强制写到0x60A9C000。再看看oatdata和oatlastword：

可以看到，.oat文件中记录的这些值和.art文件中所记录的是一致的。最后的4个字节为0x60A9BCC0，让我们移步到这个地址，看看有些什么东西：

这块应该就是一个ObjectArray，里面记录了7个Object，可以很轻易的看到，其中记录了oat文件的位置（kOatLocation，第5个对象）。