谁偷了我的热更新？Mono，JIT，iOS

0x00 前言

由于我本人是做游戏开发工作的，所以平时也常常加一些玩家的群。而一些困扰玩家的问题，同样也困扰着我们这些手机游戏开发者。这不最近我看自己加的一些群，常常会有人问为啥这个游戏一更新就要重新下载，而不能游戏内更新呢？作为游戏开发者，或者说Unity3D程序员，我们都清楚Unity3D不支持热更新，甚至于在iOS平台上生成新的代码都会导致游戏报错崩溃（我之所以在此处强调生成新的代码这几个字，就是提醒各位不要混淆Reflection.Emit和反射）。但我们是否和普通的玩家一样，看到的仅仅是“不能”的现象，而不了解“不能”背后的原因呢？那今天我就抛砖引玉，写写自己对这个问题的想法，聊聊到底是谁偷了玩家的热更新。

0x01 从一个常见的报错说起

不知道各位看官中的Unity3D程序员在开发iOS版本的时候是否也曾经碰到过这样的报错：

ExecutionEngineException: Attempting to JIT compile method 'XXXX'
while running with --aot-only.

这个报错的意思很明确，说的也很具体，翻译成中文的大意就是在使用--aot-only这个选项的前提下，又试图去使用JIT编译器编译XXX方法。

那么不知道是否会有看官觉得这个问题兴许是程序跑在iOS平台上时，不小心犯了iOS的忌讳，使用了JIT（假设此时我们还不知道为何使用JIT是iOS的忌讳）去动态编译代码导致的iOS的报错呢？

答案是否定的。

又或者更进一步，看到“ExecutionEngineException”，似乎和iOS平台的异常没什么太大的关联，那就把责任定位在Unity3D的引擎上好了。一定是游戏引擎此时不支持JIT编译了。
也不全对，不过离真相很近了。

各位想想，能涉及到编译的被怀疑的对象还能有谁呢？

好了，不卖关子了。这个异常其实是Mono的异常。换言之，Unity3D使用了Mono来编译，所以Unity3D的嫌疑被排除。而iOS并没有因为生成或者运行动态生成的代码而报错，换言之这个异常发生在触发iOS异常之前，所以说Mono在iOS平台上进行JIT编译之前就先一步让程序崩溃了。

说到这里，就绕不过Mono是如何编译代码这个话题了。如果我们去Mono的托管页面看它的源码，就可以简单对它的目录结构做一个简单的分析，我就简单总结一下Mono编译部分的目录结构：

好啦，具体到咱们要聊的JIT编译，我们需要看的就是mono目录下的mini文件夹中的文件了，这个文件夹中的.c文件们实现了JIT编译。

不过这里我想来一个倒叙，也就是先直接定位这个报错 “ExecutionEngineException: Attempting to JIT compile method 'XXXX' while running with --aot-only.” 的位置，然后再探明它究竟是如何被触发的。

这样，我们就来到了mono的JIT编译器目录mini下的mini.c文件。这里就是JIT的逻辑实现。而那段报错呢？在mini.c文件中是这样处理的：

if (mono_aot_only) {
    char *fullname = mono_method_full_name (method, TRUE);
    char *msg = g_strdup_printf ("Attempting to JIT compile method '%s' while     running with --aot-only. See http://docs.xamarin.com/ios/about/limitations for more information.\n", fullname);
    *jit_ex = mono_get_exception_execution_engine (msg);
    g_free (fullname);
    g_free (msg);
    return NULL;
}

mono_aot_only？没错，只要我们设定mono的编译模式为full-aot（比如打iOS安装包的时候），则在运行时试图使用JIT编译时，mono自身的JIT编译器就会禁止这种行为进而报告这个异常。JIT编译的过程根本还没开始，就被自己扼杀了。

那么JIT究竟是什么洪水猛兽？为何iOS这么忌讳它呢？那就不得不聊聊JIT本尊了。

0x02 美丽的JIT

因何美丽

名如其特点，JIT——just in time，即时编译。

什么？这就是你要告诉大家伙的？这不是人人都知道的嘛？而且网上一搜也全都是JIT=just in time了事。好吧好吧，我知错啦。那就认真的定义一下JIT：

一个程序在它运行的时候创建并且运行了全新的代码，而并非那些最初作为这个程序的一部分保存在硬盘上的固有的代码。就叫JIT。

有几点需要注意：

1. 程序需要运行

2. 生成的代码是新的代码，并非作为原始程序的一部分被存在磁盘上的那些代码

3. 不光生成代码，还要运行。

需要提醒的是第3点，也就是JIT不光是生成新的代码，它还会运行新生成的代码。之后我们会就这个话题展开。不过在之前我还是要解释一下，为何称JIT是美丽的。

举个例子：

比如你某一天突然穿越成为了一个优秀的学者（好吧好吧，这个貌似不是必须要穿越），现在要去一个语言不通的国家做一系列讲座。面对语言不通的窘境，如何才不出丑呢？

我有三条方案：

1. 在家的时候雇人把所有的讲稿全部翻译一遍。这是最省事的做法，但却缺乏灵活性。比如临时有更好的话题或者点子，也只能恨自己没有好好学外语了。

2. 雇一个翻译和你一起出发，你说啥他就翻译成啥。这样就不存在灵活性的问题，因为完全是同步的。不过缺点同样明显，翻译要翻译很多话，包括你重复说的话。所以需要的时间要远远高于方案1。

3. 雇一个翻译和你一起出发，但不是你说啥他就翻译啥，而是记录翻译过的话，遇到曾经翻译过的就不会再翻译了。你自己就可以根据之前的翻译记录和别人交流了。

看完这三条方案，各位看官心中更喜欢哪个呢？

我个人的答案是方案3，因为这便是JIT的道。所以说JIT的美丽，就在于即保留了对代码优化的灵活性，也兼具对热点代码进行重复利用的功能。

模拟一下JIT的过程

JIT这么好，那它是如何实现既生成新代码，又能运行新代码的呢？

编译器如何生成代码很多文章都有涉及，我就不多在此着墨了。下面我就着重和各位聊聊，如何运行新生成的代码。

首先我们要知道生成的所谓机器码到底是神马东西。一行看上去只是处理几个数字的代码，蕴含着的就是机器码。

unsigned char[] macCode = {0x48, 0x8b, 0x07};

macCode对应的汇编指令就是：

mov    (%rdi),%rax

其实可以看出机器码就是比特流，所以将它加载进内存并不困难。而问题是应该如何执行。

好啦。下面我们就模拟一下执行新生成的机器码的过程。假设JIT已经为我们编译出了新的机器码，是一个求和函数的机器码：

long add(long num) {
  return num + 1;
}

//对应的机器码
0x48, 0x83, 0xc0, 0x01,           
0xc3

首先，动态的在内存上创建函数之前，我们需要在内存上分配空间。具体到模拟动态创建函数，其实就是将对应的机器码映射到内存空间中。这里我们使用c语言做实验，利用mmap函数来实现这一点。

因为我们想要把已经是比特流的“求和函数”在内存中创建出来，同时还要运行它。所以mmap有几个参数需要注意一下。

代表映射区域的保护方式，有下列组合：

PROT_EXEC 映射区域可被执行；
PROT_READ 映射区域可被读取；
PROT_WRITE 映射区域可被写入；

#include<stdio.h>                                                                                            
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

//分配内存
void* create_space(size_t size) {
    void* ptr = mmap(0, size,
            PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
            MAP_PRIVATE | MAP_ANON,
            -1, 0);   
    return ptr;
}

这样我们就获得了一块分配给我们存放代码的空间。下一步就是实现一个方法将机器码，也就是比特流拷贝到分配给我们的那块空间上去。使用memcpy即可。

//在内存中创建函数
void copy_code_2_space(unsigned char* m) {
    unsigned char macCode[] = {
        0x48, 0x83, 0xc0, 0x01,
        c3 
    };
    memcpy(m, macCode, sizeof(macCode));
}

然后我们在写一个main函数来处理整个逻辑：

#include<stdio.h>                                                                                            
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

//分配内存
void* create_space(size_t size) {
    void* ptr = mmap(0, size,
            PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
            MAP_PRIVATE | MAP_ANON,
            -1, 0);   
    return ptr;
}

//在内存中创建函数
void copy_code_2_space(unsigned char* addr) {
    unsigned char macCode[] = {
        0x48, 0x83, 0xc0, 0x01,
        0xc3 
    };
    memcpy(addr, macCode, sizeof(macCode));
}

//main 声明一个函数指针TestFun用来指向我们的求和函数在内存中的地址
int main(int argc, char** argv) {                                                                                              
    const size_t SIZE = 1024;
    typedef long (*TestFun)(long);
    void* addr = create_space(SIZE);
    copy_code_2_space(addr);
    TestFun test = addr;
    int result = test(1);
    printf("result = %d\n", result); 
    return 0;
}

编译并且运行看一下结果：

//编译
gcc testFun.c
//运行
./a.out 1 

留给我们的难题

OK，到此为止，一切都很顺利。这个例子模拟了动态代码在内存上的生成，和之后的运行。似乎没有什么问题呀？可不知道各位是否忽略了一个前提？那就是我们为这块区域设置的保护模式可是：可读，可写，可执行的啊！如果没有内存可读写可执行的权限，我们的实验还能成功吗？

让我们把create_space函数中的“可执行”PROT_EXEC权限去掉，看看结果会是怎样的一番景象。

修改代码，同时将刚才生成的可执行文件a.out删除重新生成运行。

rm a.out
vim testFun.c
gcc testFun.c
./a.out 1

结果。。。报错了！

小结论

所以，iOS并非把JIT禁止了。或者换个句式讲，iOS封了内存的可执行权限，相当于变相的封锁了JIT这种编译方式。