好用的 Trace 工具 cflow

自己寫軟體，自己的邏輯，自己的世界，往往不會有什麼困難，這也是很多人從學生時代一路爬上來的歷程，直到進入到職場後撰寫著商業軟體，更是只有自己的一片天。但寫軟體有如寫作文，言之有物前必先廣閱天下文章，否則若是能獨樹一格是好，不能便陳腔濫調且原地踏步。但是看懂別人的程式實在是很困難的一件事，除了要懂他人寫程式的風格和思維外，還要通盤了解架構，這必須要有見山不是山的能力才能勝任。一般人想單靠著程式碼上彎彎曲曲的豆芽菜，反推回去程式的原貌，真有如瞎子摸象。對於做為一般人的我們，這時便要借助些工具，以幫助我們更省時省力的去 Trace 程式碼。

講到閱讀程式碼，『cflow』就是不得不提到的方便工具之一，它能夠幫助我們確認程式的大架構，以及分析程式碼相互的關聯性。這裡是使用 cflow 去演示分析 Android Dalvik VM，分析的檔案是 dalvik/dalvikvm/Main.c：

$ cflow dalvikvm/Main.c
main() <int main (int argc,char *const argv[]) at dalvikvm/Main.c:141>:
   setvbuf()
   malloc()
   memset()
   strdup()
   strcmp()
   fprintf()
   assert()
   blockSigpipe() <void blockSigpipe () at dalvikvm/Main.c:31>:
       sigemptyset()
       sigaddset()
       sigprocmask()
       fprintf()
   JNI_CreateJavaVM()
   createStringArray() <jobjectArray createStringArray (JNIEnv *env,char *const argv[],int argc) at dalvikvm/Main.c:44>:
       FindClass()
       ExceptionCheck()
       fprintf()
       assert()
       NewObjectArray()
       NewStringUTF()
       SetObjectArrayElement()
       DeleteLocalRef()
   FindClass()
   GetStaticMethodID()
   methodIsPublic() <int methodIsPublic (JNIEnv *env,jclass clazz,jmethodID methodId) at dalvikvm/Main.c:92>:
       ToReflectedMethod()
       fprintf()
       FindClass()
       GetMethodID()
       CallIntMethod()
       DeleteLocalRef()
   CallStaticVoidMethod()
   ExceptionCheck()
   DetachCurrentThread()
   DestroyJavaVM()
   free()

一般來說，cflow 會從進入點 main() 開始做解析，可以看到每一個被呼叫的 function 都被 cflow 抓了出來，甚至是出處和行數都清楚被標示，此外，只要是 function name 取得漂亮，我們已經可以從這樣的樹狀結構大致了解到 Dalvik VM 的初始化或執行流程。整個過程簡單易瞭，就算用猜的也能大致猜出許多部份的設計目的。

但是在前一個範例中，很多的 function 並未標示出處，甚至沒有更進一步的資訊，這是因為目前只有對 dalvik/dalvikvm/Main.c 做解析所致，但是我們還是可以一步步將程式碼引入，慢慢尋出一些脈絡，現在假設為了追 JNI_CreateJavaVM()，我們可以多引入其他程式碼檔案（*.c）：

$ cflow dalvikvm/Main.c vm/*.c
main() <int main (int argc,char *const argv[]) at dalvikvm/Main.c:141>:
   setvbuf()
   malloc()
   memset()
   strdup()
   strcmp()
   fprintf()
   assert()
   blockSigpipe() <void blockSigpipe () at dalvikvm/Main.c:31>:
       sigemptyset()
       sigaddset()
       sigprocmask()
       fprintf()
   JNI_CreateJavaVM() <jint JNI_CreateJavaVM (JavaVM **p_vm,JNIEnv **p_env,void *vm_args) at vm/Jni.c:3501>:
       memset()
       malloc()
       dvmInitMutex()
       fprintf()
       strcmp()
       strncmp()
       LOGW()
       strchr()
       dvmUseCheckedJniVm() <void dvmUseCheckedJniVm (JavaVMExt *pVm) at vm/CheckJni.c:2422>:
           assert()
       dvmCreateJNIEnv() <JNIEnv *dvmCreateJNIEnv (Thread *self) at vm/Jni.c:492>:
           assert()
           calloc()
           dvmSetJniEnvThreadId()
           dvmUseCheckedJniEnv() <void dvmUseCheckedJniEnv (JNIEnvExt *pEnv) at vm/CheckJni.c:2412>:
               assert()
           dvmLockMutex()
           dvmUnlockMutex()
       dvmStartup() <int dvmStartup (int argc,const char *const argv[],bool ignoreUnrecognized,JNIEnv *pEnv) at vm/Init.c:910>:
           assert()
           LOGV()
           setCommandLineDefaults() <void setCommandLineDefaults () at vm/Init.c:814>:
               getenv()
               strdup()
           dvmPropertiesStartup() <bool dvmPropertiesStartup (int maxProps) at vm/Properties.c:29>:
               malloc()
           dvmProcessOptions() <int dvmProcessOptions (int argc,const char *const argv[],bool ignoreUnrecognized) at vm/Init.c:542>:
               LOGV()
...（以下省略）

如此，將所有的程式碼檔案引入，就可以得到所有 function 的資訊，而其中便可以得知 JNI_CreateJavaVM() 被定義在 vm/Jni.c（當然也可以使用 grep 達到目的）。不過你或許發現到，一次引入到這麼多檔案所產生的層層資訊太過龐大，並不利於閱讀和分析，因此這樣的做法其實並不被常使用，而通常是知道 JNI_CreateJavaVM() 所在檔案後，單獨引入做簡單的組合分析：

$ cflow dalvikvm/Main.c vm/Jni.c
main() <int main (int argc,char *const argv[]) at dalvikvm/Main.c:141>:
   setvbuf()
   malloc()
   memset()
   strdup()
   strcmp()
   fprintf()
   assert()
   blockSigpipe() <void blockSigpipe () at dalvikvm/Main.c:31>:
       sigemptyset()
       sigaddset()
       sigprocmask()
       fprintf()
   JNI_CreateJavaVM() <jint JNI_CreateJavaVM (JavaVM **p_vm,JNIEnv **p_env,void *vm_args) at vm/Jni.c:3501>:
       memset()
       malloc()
       dvmInitMutex()
       fprintf()
       strcmp()
       strncmp()
       LOGW()
       strchr()
       dvmUseCheckedJniVm()
       dvmCreateJNIEnv() <JNIEnv *dvmCreateJNIEnv (Thread *self) at vm/Jni.c:492>:
           assert()
           calloc()
           dvmSetJniEnvThreadId()
           dvmUseCheckedJniEnv()
           dvmLockMutex()
           dvmUnlockMutex()
       dvmStartup()
       free()
       dvmChangeStatus()
       LOGV()
   createStringArray() <jobjectArray createStringArray (JNIEnv *env,char *const argv[],int argc) at dalvikvm/Main.c:44>:
       FindClass() <jclass FindClass (JNIEnv *env,const char *name) at vm/Jni.c:1171>:
           JNI_ENTER()
           dvmGetCurrentJNIMethod() <const Method *dvmGetCurrentJNIMethod (void) at vm/Jni.c:976>:
               assert()
               dvmThreadSelf()
               SAVEAREA_FROM_FP()
               dvmIsNativeMethod()
...（以下省略）

或者是只想追 JNI_CreateJavaVM() 的細節並省略掉其他不相干的資訊，可以將進入點從 main() 設為 JNI_CreateJavaVM()：

$ cflow -m JNI_CreateJavaVM dalvikvm/Main.c vm/Jni.c
cflow:vm/Jni.c:3144: gNativeInterface/-1 redefined
cflow:vm/Jni.c:221: this is the place of previous definition
JNI_CreateJavaVM() <jint JNI_CreateJavaVM (JavaVM **p_vm,JNIEnv **p_env,void *vm_args) at vm/Jni.c:3501>:
   memset()
   malloc()
   dvmInitMutex()
   fprintf()
   strcmp()
   strncmp()
   LOGW()
   strchr()
   dvmUseCheckedJniVm()
   dvmCreateJNIEnv() <JNIEnv *dvmCreateJNIEnv (Thread *self) at vm/Jni.c:492>:
       assert()
       calloc()
       dvmSetJniEnvThreadId()
       dvmUseCheckedJniEnv()
       dvmLockMutex()
       dvmUnlockMutex()
   dvmStartup()
   free()
   dvmChangeStatus()
   LOGV()

到此目前為止，大概可以看出 JNI_CreateJavaVM() 對 Mutex 機制做了初始化，又使用 dvmCreateJNIEnv() 初始主要 Thread 的環境。當然以上是猜測，為了確認表面的假設，我們可以大致閱讀 dvmCreateJNIEnv() 的程式碼來證明或是推翻。

當然，以上只是演示 cflow 的用法和方便性，並還沒有真的在 Trace Dalvik。透過 cflow 工具的分析，我們可以先行做假設，再針對目標做一步步證明，相較於面對大海茫茫的程式碼而不知從何下手，這卻是一個突破窘境的方法。