JVM：有些內(nèi)部信息我悄悄告訴你

作者： 侯樹(shù)成 2020-12-30 09:18:46

云計(jì)算

虛擬化 對(duì)于 Java 的反射使用， 一般用戶(hù)都有所了解。特別是在開(kāi)源框架里更是大量的使用。通過(guò)反射，我們能拿到一個(gè)Java Class 的信息。

對(duì)于 Java 的反射使用， 一般用戶(hù)都有所了解。特別是在開(kāi)源框架里更是大量的使用。通過(guò)反射，我們能拿到一個(gè)Java Class 的信息。那對(duì)于 JVM 的內(nèi)部信息，像堆的使用情況、線程、甚至是創(chuàng)建對(duì)象的內(nèi)存地址、加載的類(lèi)的內(nèi)容，該怎么辦呢?

其實(shí)在 JVM內(nèi)，有許多內(nèi)部的信息，比如上面提到的那些，就類(lèi)似于生活中的內(nèi)部消息一樣。你可以想像一些大型應(yīng)用，一些用戶(hù)的數(shù)據(jù)我們只能通過(guò) API 授權(quán)的方式拿到，普通用戶(hù)正常使用的時(shí)候，是不可能獲取到這些內(nèi)容的。就像做為運(yùn)行在 JVM 上的普通 Java應(yīng)用，也很難拿到 JVM 的信息，畢竟 JVM 更底層，是C++ 開(kāi)發(fā)的。

JVM 會(huì)把這些內(nèi)部信息告訴咱們嗎?

JVM 提供了一些對(duì)外的接口，把它的內(nèi)部信息披露了出來(lái)。通過(guò)這些接口SA 才得以訪問(wèn)到 JVM 內(nèi)部類(lèi)的結(jié)構(gòu)和地址，也才能從底層觀察到 JVM內(nèi)部運(yùn)行的細(xì)節(jié)。

你看在SA 圖形界面的HSDB內(nèi)部，長(zhǎng)長(zhǎng)的菜單列表，大多都是通過(guò)普通Java 應(yīng)用獲取不到的「內(nèi)部信息」。

這些都是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?說(shuō)到這兒，就不得不提 gHotSpotVMStructs。

JVM 給提供的那些接口，核心是 gHotSpotVMStructs 這個(gè)結(jié)構(gòu)。它對(duì)外暴露了JVM內(nèi)部的大量信息，像原始的堆的地址，線程、棧的地址等等。

gHotSpotVMStructs結(jié)構(gòu)指向了很多類(lèi)以及這些類(lèi)的字段信息。每個(gè)類(lèi)都有一系列的字段，每個(gè)字段又有自己的名字，類(lèi)型，是否靜態(tài)等等。如果是靜態(tài)字段這個(gè)結(jié)構(gòu)還可以用來(lái)訪問(wèn)它的值。對(duì)于一個(gè)靜態(tài)的對(duì)象字段，這個(gè)結(jié)構(gòu)體還會(huì)提供目標(biāo)對(duì)象的地址。通過(guò)這個(gè)根地址我們可以開(kāi)始反查JVM內(nèi)部的一些組件，包括編譯器，線程還有堆。

所以要獲取和理解JVM 這些內(nèi)部信息的關(guān)鍵，是在如何解析這個(gè)gHotSpotVMStructs 結(jié)構(gòu)里面的數(shù)據(jù)。JVM不僅暴露了它的內(nèi)部類(lèi)型系統(tǒng)的地址和根對(duì)象地址，還有用以解析這些數(shù)據(jù)的一些額外的符號(hào)和值。這包含類(lèi)描述信息和每個(gè)字段在這個(gè)類(lèi)里的偏移量，此外 JVM開(kāi)發(fā)者又做了一系列的工作，手動(dòng)把JVM內(nèi)部的C++類(lèi)的字段映射并加載到了全局的gHotSpotVMStructs結(jié)構(gòu)里。

SA 就是解析這些信息最好的例子。通過(guò)圖形界面我們能直觀感受到解析這些信息了解到了什么，通過(guò)翻譯 gHotSpotVMStructs暴露出的這些信息，生成Java的包裝類(lèi)。通過(guò)這些包裝類(lèi)提供出來(lái)的接口讓訪問(wèn)JVM內(nèi)部系統(tǒng)的工作變的簡(jiǎn)單和方便，和普通的Java 應(yīng)用使用API 類(lèi)似，解決了訪問(wèn)和解析內(nèi)部數(shù)據(jù)的煩惱。

甚至其它的一些調(diào)試工具，診斷工具也是基于這些信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)我們使用SA的方式，其實(shí)是通過(guò)一個(gè)「ptrace」的系統(tǒng)調(diào)用，掛起目標(biāo)JVM 進(jìn)程，開(kāi)始讀取 gHotSpotVMStructs 這些內(nèi)存信息。

看到上面的內(nèi)容，我們大致理解了SA 的工作原理。那你如果有這樣的需求，是禁止別人通過(guò) SA 等工具來(lái)獲取你JVM 的信息呢?

看，打哪兒指哪兒。答案就是重置gHotSpotVMStructs。這樣工具就不能解析出來(lái)這些信息了。

Stackoverflow 上有個(gè)解決方案，是編譯一個(gè) agent，在啟動(dòng)JVM 的時(shí)候掛上去，并將gHotSpotVMStructs 設(shè)置為0。

  
 
 
 

   
  
  
  
extern void *gHotSpotVMStructs; 
   
  
  
  
 
   
  
  
  
int Agent_OnLoad(void *vm, char *options, void *reserved) { 
   
  
  
  
    gHotSpotVMStructs = 0; 
   
  
  
  
    return 0; 
   
  
  
  
} 
  
 
 
 

啟動(dòng)的時(shí)候，掛接到JVM上。

  
 
 
 

   
  
  
  
java -agentpath:/path/to/libnostructs.so ... 
  
 
 
 

再去執(zhí)行SA 這些工具的時(shí)候，就會(huì)拋出異常提示信息有問(wèn)題

  
 
 
 

   
  
  
  
Exception in thread "main" java.lang.reflect.InvocationTargetException 
   
  
  
  
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method) 
   
  
  
  
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62) 
   
  
  
  
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) 
   
  
  
  
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) 
   
  
  
  
        at sun.tools.jstack.JStack.runJStackTool(JStack.java:140) 
   
  
  
  
        at sun.tools.jstack.JStack.main(JStack.java:106) 
   
  
  
  
Caused by: java.lang.RuntimeException: gHotSpotVMStructs was not initialized properly in the remote process; can not continue 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.HotSpotTypeDataBase.readVMStructs(HotSpotTypeDataBase.java:418) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.HotSpotTypeDataBase.(HotSpotTypeDataBase.java:91) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.HotSpotAgent.setupVM(HotSpotAgent.java:395) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.HotSpotAgent.go(HotSpotAgent.java:305) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.HotSpotAgent.attach(HotSpotAgent.java:140) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.tools.Tool.start(Tool.java:185) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.tools.Tool.execute(Tool.java:118) 
   
  
  
  
        at sun.jvm.hotspot.tools.JStack.main(JStack.java:92) 
   
  
  
  
        ... 6 more 
  
 
 
 

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