淺析Hello World源碼是如何被Mono執(zhí)行

作者：zffl 2011-03-14 09:33:35

很多程序員可能是第一次接觸開(kāi)源項(xiàng)目Mono，今天我們就從最簡(jiǎn)單的Hello World源碼開(kāi)始分析Mono的執(zhí)行機(jī)制。

本文目的很簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單分析一下下面語(yǔ)句是如何被Mono Runtime執(zhí)行的：

public class Hello1   
 {   
  public static void Main()   
 {   
     System.Console.WriteLine("Hello, World!");   
  }   
}

由于自己也是剛接觸Mono源碼，以前一直停留于簡(jiǎn)單的應(yīng)用之上，所以本文的分析不全面，只是為了能大致的了解Mono的執(zhí)行流程，對(duì)基本的函數(shù)和流程有所了解，所以本文的風(fēng)格為流水帳。

一、先簡(jiǎn)單的看下Mono源碼的目錄中的幾個(gè)重要文件夾：

我這里使用的是不知道什么時(shí)候下載的某個(gè)歷史版本2.6.7，目前我覺(jué)得重要的就3個(gè)文件夾，mcs為base framework這里除了常見(jiàn)的System namespace下的各種重要程序集之外還有以Mono作為namespace的一些程序集，聽(tīng)雨痕說(shuō)玩Mono不能錯(cuò)過(guò)這些程序集，有空看下；libgc文件夾里貌似是提供GC的支持庫(kù)；最重要一個(gè)文件夾就是mono了，下面著重看下這個(gè)目錄，這里實(shí)現(xiàn)的是Mono Runtime，本文調(diào)試的代碼也主要是這里的。

1.arch：此目錄放了各種不同處理器的差異代碼，看下x86里面就兩個(gè)文件x86-codegen.h和tramp.c，這個(gè)tramp.c通過(guò)調(diào)用x86-codegen.h里的各種奇怪的宏提供了兩個(gè)方法mono_arch_create_method_pointer和mono_arch_create_trampoline，依這個(gè)名字看是由MonoMethod *method生成一個(gè)本機(jī)代碼的指針。。。不過(guò)這兩個(gè)方法太過(guò)抽象還沒(méi)看懂，先放到一邊。

2.io-layer：從這個(gè)目錄下的各個(gè)文件名來(lái)看，這個(gè)是和操作系統(tǒng)打交道的，比如posix,socket,threads,semaphores,io等等，這個(gè)我很感興趣，特別是P/Invoke是如何和這些打交道的，這一塊在以后也可以做深入的分析。

3.metadata：這一塊是實(shí)現(xiàn)cli的，比如appdomain,assembly,class&object,cominterop,exception等等，不過(guò)還有g(shù)c,coree,filewatcher等等，看來(lái)這里不只是cli的實(shí)現(xiàn)，還有一堆其他的東西。

4.mini：這個(gè)名字起的很奇怪，為啥叫mini呢？我猜可能是為了和mono對(duì)應(yīng)吧。。。其實(shí)這里是Mono Runtime里最基礎(chǔ)的部分，比如aot，Linear IR的jit，debugger等等，當(dāng)然main函數(shù)也再這里。

5.utils和其他：utils提供一些基礎(chǔ)設(shè)施方面的功能，比如內(nèi)存分配方面的，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，以及各種工具方法。其他的幾個(gè)文件夾我暫時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的東西，先擱在一邊。

二、切入正題，打斷點(diǎn)分析源碼

1.***步嘗試：找出編譯的步驟和執(zhí)行的入口，單步來(lái)分析執(zhí)行流程。在mono_main() at driver.c里找到了main_thread_handler方法，這個(gè)是mono在解析完一系列args后的調(diào)用，這個(gè)方法是入口，接著往下看，由于沒(méi)有使用mono_compile_aot，所以直接使用mono_domain_assembly_open打開(kāi)程序集，執(zhí)行mono_jit_exec。。。。具體的細(xì)節(jié)就不再寫(xiě)下去了，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)這樣寫(xiě)分析的方法沒(méi)有人能看懂，我自己都懶得看。但是結(jié)果得說(shuō)一下，通過(guò)這種方式我最終也沒(méi)有找到再哪點(diǎn)輸出了Hello World！把我記的筆記貼出來(lái)，換一種方法

 mono_main:driver.c   
 main_thread_handler:driver.c   
 mono_jit_exec :driver.c   
mono_runtime_run_main：object.c   
 mono_runtime_exec_main：object.c   
 mono_runtime_invoke:mini.c   
 runtime_invoke：指針。   
 mono_custom_attrs_from_method：reflection.c，原來(lái)是取是否要線程安全的。   
 mono_jit_compile_method_with_opt：mini.c   
mono_jit_compile_method_inner：MONO_USE_AOT_COMPILER   
mono_compile_create_vars這個(gè)創(chuàng)建私有作用域的變量嗎？   
mono_method_get_header獲取_MonoMethodHeader是做什么的？   
 mono_arch_create_vars指定特定arch的操作。   
 mono_method_to_ir：mono_method_to_ir.c這個(gè)好生疏阿。Translate the .net IL into linear IR   
 mono_method_to_ir是一個(gè)很重要的方法，在這里實(shí)現(xiàn)了il的解析。   
 mono_optimize_branches：優(yōu)化分支，開(kāi)始執(zhí)行代碼優(yōu)化了，編譯理論書(shū)上寫(xiě)的沒(méi)錯(cuò)。

2.第二次嘗試：找到在哪執(zhí)行了向stdout上寫(xiě)hello world! 這一次直接一點(diǎn)，直接去找最終的執(zhí)行函數(shù)，中間的無(wú)數(shù)步驟先忽略。最初我再源碼里翻出了console-io.h這個(gè)頭文件，發(fā)現(xiàn)這里有操作console的，然后就斷點(diǎn)阿，每個(gè)相關(guān)的函數(shù)都斷上，執(zhí)行的***只有初始化函數(shù)命中了，嘗試失敗。那么到底再哪點(diǎn)往stdout寫(xiě)數(shù)據(jù)呢？我再次嘗試一種方法，在執(zhí)行時(shí)加上--trace選項(xiàng)（即再terminal里執(zhí)行mono --trace hello.exe >> hello.trace.out），把執(zhí)行流程重定向的一個(gè)文本文件中，輸出了700多行，恩，我想從這里找出點(diǎn)線索。

1.首先在hello.trace.out文件里搜索Hello, World!字符串，找到幾個(gè)匹配的地方，其中有一個(gè)是 [0xb75616f0: 0.02866 1] ENTER: System.Console:WriteLine (string)([STRING:0x53fa0:Hello, World!], ) 從這個(gè)trace的結(jié)果上可以看出，[]包括的是地址和時(shí)間，后面跟著ENTER:，于是我就再代碼里搜索ENTER:，找到/mono/mini/trace.c的342行，加上條件斷點(diǎn)：fname = "System.Console:WriteLine"，執(zhí)行一下，ok，命中斷點(diǎn)，堆棧信息如下。

Thread [1] 8643 (Suspended : Breakpoint)   
   mono_trace_enter_method() at trace.c:342 0x80dbe6c   
  0xfb817c   
   0xfb8225   
   0xfb80f8   
   mono_jit_runtime_invoke() at mini.c:4,789 0x8065cc1   
  mono_runtime_invoke() at object.c:2,613 0x8195d35   
  create_exception_two_strings() at exception.c:133 0x81e6a9f   
 mono_exception_from_name_two_strings() at exception.c:156 0x81e6adf   
 create_exceptions() at appdomain.c:185 0x818b9e4   
  mono_runtime_init() at appdomain.c:262 0x818bc0d   
 mini_init() at mini.c:5,520 0x806734a   
  mono_main() at driver.c:1,623 0x80ec127   
 main() at main.c:34 0x805b950

再看看后面幾個(gè)的調(diào)用

 System.IO.SynchronizedWriter:WriteLine   
 System.IO.TextWriter:WriteLine   
 System.IO.UnexceptionalStreamWriter:Write   
 System.IO.StreamWriter:Write   
......   
System.IO.MonoIO:Write

都是同樣的調(diào)用堆棧，另外有關(guān)于這些System.Console相關(guān)的函數(shù)都在mono-2.6.7/mcs/class/corlib/System/Console.cs里，這個(gè)代碼里有MonoLimitation和#if NET_2_1 && !MONOTOUCH部分符號(hào)，有點(diǎn)意思。

2.現(xiàn)在可以大致確定每個(gè)clr的方法調(diào)用都是由mono_jit_runtime_invoke發(fā)出的，但是我有點(diǎn)不解的是有三個(gè)函數(shù)沒(méi)有symbol，直接顯示的是函數(shù)地址，這給我的進(jìn)一步分析帶來(lái)了難度，來(lái)看看是為什么。執(zhí)行函數(shù)返回退回到堆棧mono_jit_runtime_invoke，可以看到那幾個(gè)沒(méi)有符號(hào)信息的地址是由runtime_invoke這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的。轉(zhuǎn)到定義，可見(jiàn)

 MonoObject *(*runtime_invoke) (MonoObject *this, void **params, MonoObject **exc, void* compiled_method);   
......   
if (!info->dyn_call_info)   
   info->runtime_invoke = mono_jit_compile_method (invoke);   
 ......   
runtime_invoke = info->runtime_invoke;   
......   
return runtime_invoke (obj, params, exc, info->compiled_method);