浅析HelloWorld源码是如何被Mono执行

本文目的很简单，简单分析一下下面语句是如何被Mono Runtime执行的：

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  1. public class Hello1  
    2. 
  
  
  
  2.  {  
    3. 
  
  
  
  3.   public static void Main()  
    4. 
  
  
  
  4.  {  
    5. 
  
  
  
  5.      System.Console.WriteLine("Hello, World!");  
    6. 
  
  
  
  6.   }  
    7. 
  
  
  
  7. } 
    8.

由于自己也是刚接触Mono源码，以前一直停留于简单的应用之上，所以本文的分析不全面，只是为了能大致的了解Mono的执行流程，对基本的函数和流程有所了解，所以本文的风格为流水帐。

一、先简单的看下Mono源码的目录中的几个重要文件夹：

我这里使用的是不知道什么时候下载的某个历史版本2.6.7，目前我觉得重要的就3个文件夹，mcs为base framework这里除了常见的System namespace下的各种重要程序集之外还有以Mono作为namespace的一些程序集，听雨痕说玩Mono不能错过这些程序集，有空看下；libgc文件夹里貌似是提供GC的支持库；最重要一个文件夹就是mono了，下面着重看下这个目录，这里实现的是Mono Runtime，本文调试的代码也主要是这里的。

1.arch：此目录放了各种不同处理器的差异代码，看下x86里面就两个文件x86-codegen.h和tramp.c，这个tramp.c通过调用x86-codegen.h里的各种奇怪的宏提供了两个方法mono_arch_create_method_pointer和mono_arch_create_trampoline，依这个名字看是由MonoMethod *method生成一个本机代码的指针。。。不过这两个方法太过抽象还没看懂，先放到一边。

2.io-layer：从这个目录下的各个文件名来看，这个是和操作系统打交道的，比如posix,socket,threads,semaphores,io等等，这个我很感兴趣，特别是P/Invoke是如何和这些打交道的，这一块在以后也可以做深入的分析。

3.metadata：这一块是实现cli的，比如appdomain,assembly,class&object,cominterop,exception等等，不过还有gc,coree,filewatcher等等，看来这里不只是cli的实现，还有一堆其他的东西。

4.mini：这个名字起的很奇怪，为啥叫mini呢？我猜可能是为了和mono对应吧。。。其实这里是Mono Runtime里最基础的部分，比如aot，Linear IR的jit，debugger等等，当然main函数也再这里。

5.utils和其他：utils提供一些基础设施方面的功能，比如内存分配方面的，常见的数据结构实现，以及各种工具方法。其他的几个文件夹我暂时没发现有价值的东西，先搁在一边。

二、切入正题，打断点分析源码

1.***步尝试：找出编译的步骤和执行的入口，单步来分析执行流程。在mono_main() at driver.c里找到了main_thread_handler方法，这个是mono在解析完一系列args后的调用，这个方法是入口，接着往下看，由于没有使用mono_compile_aot，所以直接使用mono_domain_assembly_open打开程序集，执行mono_jit_exec。。。。具体的细节就不再写下去了，因为我发现这样写分析的方法没有人能看懂，我自己都懒得看。但是结果得说一下，通过这种方式我最终也没有找到再哪点输出了Hello World！把我记的笔记贴出来，换一种方法

 
 
 
    
  
  
  
  1.  mono_main:driver.c  
    2. 
  
  
  
  2.  main_thread_handler:driver.c  
    3. 
  
  
  
  3.  mono_jit_exec :driver.c  
    4. 
  
  
  
  4. mono_runtime_run_main：object.c  
    5. 
  
  
  
  5.  mono_runtime_exec_main：object.c  
    6. 
  
  
  
  6.  mono_runtime_invoke:mini.c  
    7. 
  
  
  
  7.  runtime_invoke：指针。  
    8. 
  
  
  
  8.  mono_custom_attrs_from_method：reflection.c，原来是取是否要线程安全的。  
    9. 
  
  
  
  9.  mono_jit_compile_method_with_opt：mini.c  
    10. 
  
  
  
  10. mono_jit_compile_method_inner：MONO_USE_AOT_COMPILER  
    11. 
  
  
  
  11. mono_compile_create_vars这个创建私有作用域的变量吗？  
    12. 
  
  
  
  12. mono_method_get_header获取_MonoMethodHeader是做什么的？  
    13. 
  
  
  
  13.  mono_arch_create_vars指定特定arch的操作。  
    14. 
  
  
  
  14.  mono_method_to_ir：mono_method_to_ir.c这个好生疏阿。Translate the .net IL into linear IR  
    15. 
  
  
  
  15.  mono_method_to_ir是一个很重要的方法，在这里实现了il的解析。  
    16. 
  
  
  
  16.  mono_optimize_branches：优化分支，开始执行代码优化了，编译理论书上写的没错。 
    17.

2.第二次尝试：找到在哪执行了向stdout上写hello world! 这一次直接一点，直接去找最终的执行函数，中间的无数步骤先忽略。最初我再源码里翻出了console-io.h这个头文件，发现这里有操作console的，然后就断点阿，每个相关的函数都断上，执行的***只有初始化函数命中了，尝试失败。那么到底再哪点往stdout写数据呢？我再次尝试一种方法，在执行时加上--trace选项（即再terminal里执行mono --trace hello.exe >> hello.trace.out），把执行流程重定向的一个文本文件中，输出了700多行，恩，我想从这里找出点线索。

1.首先在hello.trace.out文件里搜索Hello, World!字符串，找到几个匹配的地方，其中有一个是 [0xb75616f0: 0.02866 1] ENTER: System.Console:WriteLine (string)([STRING:0x53fa0:Hello, World!], ) 从这个trace的结果上可以看出，[]包括的是地址和时间，后面跟着ENTER:，于是我就再代码里搜索ENTER:，找到/mono/mini/trace.c的342行，加上条件断点：fname = "System.Console:WriteLine"，执行一下，ok，命中断点，堆栈信息如下。

 
 
 
    
  
  
  
  1. Thread [1] 8643 (Suspended : Breakpoint)  
    2. 
  
  
  
  2.    mono_trace_enter_method() at trace.c:342 0x80dbe6c  
    3. 
  
  
  
  3.   0xfb817c  
    4. 
  
  
  
  4.    0xfb8225  
    5. 
  
  
  
  5.    0xfb80f8  
    6. 
  
  
  
  6.    mono_jit_runtime_invoke() at mini.c:4,789 0x8065cc1  
    7. 
  
  
  
  7.   mono_runtime_invoke() at object.c:2,613 0x8195d35  
    8. 
  
  
  
  8.   create_exception_two_strings() at exception.c:133 0x81e6a9f  
    9. 
  
  
  
  9.  mono_exception_from_name_two_strings() at exception.c:156 0x81e6adf  
    10. 
  
  
  
  10.  create_exceptions() at appdomain.c:185 0x818b9e4  
    11. 
  
  
  
  11.   mono_runtime_init() at appdomain.c:262 0x818bc0d  
    12. 
  
  
  
  12.  mini_init() at mini.c:5,520 0x806734a  
    13. 
  
  
  
  13.   mono_main() at driver.c:1,623 0x80ec127  
    14. 
  
  
  
  14.  main() at main.c:34 0x805b950 
    15.

再看看后面几个的调用

 
 
 
    
  
  
  
  1.  System.IO.SynchronizedWriter:WriteLine  
    2. 
  
  
  
  2.  System.IO.TextWriter:WriteLine  
    3. 
  
  
  
  3.  System.IO.UnexceptionalStreamWriter:Write  
    4. 
  
  
  
  4.  System.IO.StreamWriter:Write  
    5. 
  
  
  
  5. ......  
    6. 
  
  
  
  6. System.IO.MonoIO:Write 
    7.

都是同样的调用堆栈，另外有关于这些System.Console相关的函数都在mono-2.6.7/mcs/class/corlib/System/Console.cs里，这个代码里有MonoLimitation和#if NET_2_1 && !MONOTOUCH部分符号，有点意思。

2.现在可以大致确定每个clr的方法调用都是由mono_jit_runtime_invoke发出的，但是我有点不解的是有三个函数没有symbol，直接显示的是函数地址，这给我的进一步分析带来了难度，来看看是为什么。执行函数返回退回到堆栈mono_jit_runtime_invoke，可以看到那几个没有符号信息的地址是由runtime_invoke这个函数执行的。转到定义，可见

 
 
 
    
  
  
  
  1.  MonoObject *(*runtime_invoke) (MonoObject *this, void **params, MonoObject **exc, void* compiled_method);  
    2. 
  
  
  
  2. ......  
    3. 
  
  
  
  3. if (!info->dyn_call_info)  
    4. 
  
  
  
  4.    info->runtime_invoke = mono_jit_compile_method (invoke);  
    5. 
  
  
  
  5.  ......  
    6. 
  
  
  
  6. runtime_invoke = info->runtime_invoke;  
    7. 
  
  
  
  7. ......  
    8. 
  
  
  
  8. return runtime_invoke (obj, params, exc, info->compiled_method); 
    9.

可见runtime_invoke是由mono_jit_compile_method这个方法进行jit生成的代码，怪不得找不到符号了。

3.继续深入到mono_jit_compile_method_with_opt这个动态代码生成的函数，关于jit方面的，留下次分析吧。

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