之前一直困惑M2nFrame到底是怎么回事，今天偶然间发现了M2nFrame结构体的定义，参考给的代码注释，似乎对这个概念明晰了许多。首先要区分三个概念：

  • Managed Frame
  • M2nFrame
  • Native Frame

Managed Frame就是Java方法运行时的栈帧，Native Frame可以近似理解为除Java代码以外的函数运行时的栈帧结构（一般是C/C++代码），而M2nFrame就是前两者的“粘合剂”，用于Java方法调用本地代码时栈帧结构的切换，这主要是为了两个目的：

  • 能够在发生异常时进行栈回退
  • 垃圾回收

下面主要接合DRLVM中代码来介绍M2nFrame，对Managed Frame将在另外的文章中介绍。

Managed Code

Java方法被编译后生成的代码被称为Managed Code，表示是受虚拟机管理的代码。它们一般被放在独立于Java堆的内存中，在程序的运行期间，这部分内存是不会释放的。

Native Code

用C/C++编写的代码经编译生成后被称为Native Code （当然这一说法并不完整，用其它语言编写的代码也可以是Native Code，鉴于这种情况不多见，因此本文默认Native Code就是用C/C++编写的代码）。

Managed to Native Frame

Managed Code的栈帧结构与Native Code的栈帧结构是不一样的，前者为了支持异常处理和垃圾回收，会保存额外的信息，因此，当一个Java方法调用Native Code时，栈帧要作切换，M2nFrame结构就记录了发生切换处的栈结构。在DRLVM中，M2nFrame的定义如下：

/* vmcore/src/lil/ia32/m2n_ia32_internal.h */
struct M2nFrame {
	M2nFrame        *prev_m2nf;
	M2nFrame       **p_lm2nf;
	ObjectHandles   *local_object_handles;
	Method_Handle    method;
	frame_type       current_frame_type;
	Registers       *pop_regs;
	U_32             edi;
	U_32             esi;
	U_32             ebx;
	U_32             ebp;
	U_32             eip;
	Registers       *regs;
};

例子

在DRLVM中，gc_alloc()和gc_alloc_fast()两个函数作为分配Java对象的接口，gc_alloc_fast()声明如下：

Managed_Object_handle gc_alloc_fast(unsigned size,
				    Allocation_Handle oh,
				    void *unused_gc_tls);

按照C语言的函数调用惯例，参数是从右往左入栈的，即进入gc_alloc_fast()函数时的栈帧结构应该是这样的（栈向下增长，地址越来越小）：

/*

| ...           |
| unused_gc_tls |
| oh            |
| size          |
| eip           | <--- return address of caller
| old ebp       | <--- current ebp,esp

*/

但是刚才我们说过，由Java方法（即Managed Code）进入Native Code时要发生栈帧结构的变化，因此真实的情况要更复杂。在DRLVM的实现中，即时编译器会生成一个额外的stub（桩）代码块来调用上述的gc_alloc_fast()函数，而Java方法会去调用这个stub代码块（Java方法不用理会这些细节，它只需要知道new会返回需要的对象）。stub代码块的作用主要就是建立M2nFrame，当Java方法调用stub代码块时的栈帧结构是这样的（注意，此时并没有传入参数unused_gc_tls）：

/*

| ...  |
| oh   |
| size |
| eip  | <--- return address of Java method, also, esp points to here

*/

接着，stub代码块建立M2nFrame，然后重新将Java方法传入的参数oh和size入栈，并且额外的获取了指向线程局部存储指针tls压入栈中：

/*

| ...                  |
| oh                   |
| size                 |
| eip                  | <--- return address of Java method
------------------------进入stub代码块----
| ebp                  |
| ebx                  |
| esi                  |
| edi                  |
| pop_regs             |
| current_frame_type   |
| method               |
| local_object_handles |
| p_lm2nf              |
| prev_m2nf            | <--- M2nFrame structure 
| tls                  | 也就是上面gc_alloc_fast()声明中的unused_gc_tls
| oh                   |
| size                 |
| eip                  | <--- return address of stub code
------------------------进入函数gc_alloc_fast()
| ebp                  | <--- current ebp and esp

*/

有了上述结构，虚拟机就可以在发生异常时进行栈回退（Unwind Stack）操作，识别出栈帧是属于Native Code还是Managed Code。DRLVM提供了如下的接口函数来操作M2nFrame结构：

/* more functions refers to vmcore/include/m2n.h */

// get the most recent M2nFrame of current thread
M2nFrame *m2n_get_last_frame();

// get the most recent M2nFrame of give thread
M2nFrame *m2n_get_last_frame(VM_thread *);

// get the return address into the preceding managed frame
NativeCodePtr m2n_get_ip(M2nFrame *);

frame_type m2n_get_frame_type(M2nFrame *);

最后，每个线程都保存有指向最近的M2nFrame结构的指针。