LuaJit分析（六）luajit -bl 命令分析

Luajit -bl命令用于将luajit字节码文件或者lua脚本文件反汇编，输出汇编指令，很好奇怎么将字节码文件和lua脚本文件放在一块处理的，下面一步步分析：

luajit虚拟机由luajit.c文件生成，首先定位到main函数，代码如下：

int main(int argc, char **argv)
{int status;lua_State *L = lua_open();if (L == NULL) {l_message(argv[0], "cannot create state: not enough memory");return EXIT_FAILURE;}smain.argc = argc;smain.argv = argv;status = lua_cpcall(L, pmain, NULL);report(L, status);lua_close(L);return (status || smain.status > 0) ? EXIT_FAILURE : EXIT_SUCCESS;
}

进行一些初始化操作后，若没出现异常，则调用pmain函数，pmian函数代码如下：

static int pmain(lua_State *L)
{struct Smain *s = &smain;char **argv = s->argv;int argn;int flags = 0;globalL = L;if (argv[0] && argv[0][0]) progname = argv[0];LUAJIT_VERSION_SYM();  /* Linker-enforced version check. */argn = collectargs(argv, &flags);if (argn < 0) {  /* Invalid args? */print_usage();s->status = 1;return 0;}if ((flags & FLAGS_NOENV)) {lua_pushboolean(L, 1);lua_setfield(L, LUA_REGISTRYINDEX, "LUA_NOENV");}/* Stop collector during library initialization. */lua_gc(L, LUA_GCSTOP, 0);luaL_openlibs(L);lua_gc(L, LUA_GCRESTART, -1);createargtable(L, argv, s->argc, argn);if (!(flags & FLAGS_NOENV)) {s->status = handle_luainit(L);if (s->status != LUA_OK) return 0;}if ((flags & FLAGS_VERSION)) print_version();s->status = runargs(L, argv, argn);if (s->status != LUA_OK){return 0;}if (s->argc > argn) {s->status = handle_script(L, argv + argn);if (s->status != LUA_OK) return 0;}if ((flags & FLAGS_INTERACTIVE)) {print_jit_status(L);dotty(L);} else if (s->argc == argn && !(flags & (FLAGS_EXEC|FLAGS_VERSION))) {if (lua_stdin_is_tty()) {print_version();print_jit_status(L);dotty(L);} else {dofile(L, NULL);  /* Executes stdin as a file. */}}return 0;
}

pmain函数中有两个关键调用：

argn = collectargs(argv, &flags);
s->status = runargs(L, argv, argn);

分别用于获取输入的参数和获取参数后执行，runargs代码如下：

static int runargs(lua_State *L, char **argv, int argn)
{int i;for (i = 1; i < argn; i++) {if (argv[i] == NULL) continue;lua_assert(argv[i][0] == '-');switch (argv[i][1]) {case 'e': {const char *chunk = argv[i] + 2;if (*chunk == '\0') chunk = argv[++i];lua_assert(chunk != NULL);if (dostring(L, chunk, "=(command line)") != 0)return 1;break;}case 'l': {const char *filename = argv[i] + 2;if (*filename == '\0') filename = argv[++i];lua_assert(filename != NULL);if (dolibrary(L, filename))return 1;break;}case 'j': {  /* LuaJIT extension. */const char *cmd = argv[i] + 2;if (*cmd == '\0') cmd = argv[++i];lua_assert(cmd != NULL);if (dojitcmd(L, cmd))return 1;break;}case 'O':  /* LuaJIT extension. */if (dojitopt(L, argv[i] + 2))return 1;break;case 'b':  /* LuaJIT extension. */return dobytecode(L, argv+i);default: break;}}return LUA_OK;
}

runarg函数根据获取的参数执行对应的操作，现在我们关心的是 -bl命令，可以看到只要命令的第一个字节为b时，进入dobytecode函数，这就包括了 -b -bl -bg等，该函数代码如下：

/* Save or list bytecode. */
static int dobytecode(lua_State *L, char **argv)
{int narg = 0;lua_pushliteral(L, "bcsave");if (loadjitmodule(L))return 1;if (argv[0][2]) {      // -b 后面有其它的参数 如 -bl  -bgnarg++;argv[0][1] = '-';lua_pushstring(L, argv[0]+1);}for (argv++; *argv != NULL; narg++, argv++){lua_pushstring(L, *argv);}report(L, lua_pcall(L, narg, 0, 0));return -1;
}

从注释可以看出，该函数用于保存或反汇编字节码，它通过bcsave.lua脚本执行操作，先通过lua_pushstring压入参数，argv[0][2]为真表示 -b后面还有字符， 如 -bl命令，并将 -bl替换成 -l再压入参数。通过循环压入了文件名参数，先不管luajit内部怎么获取到bcsave脚本的，我们直接进入bcsave.lua查看源码：

-- Public module functions.
return {start = docmd -- Process -b command line option.
}

这个语句说明先执行docmd函数，从注释可以看出 改文件也是处理 -b类命令的，docmd代码如下：

local function docmd(...)local arg = {...}local n = 1local list = falselocal ctx = {strip = true, arch = jit.arch, os = string.lower(jit.os),type = false, modname = false,}while n <= #arg dolocal a = arg[n]if type(a) == "string" and string.sub(a, 1, 1) == "-" and a ~= "-" thentable.remove(arg, n)if a == "--" then break endfor m=2,#a dolocal opt = string.sub(a, m, m)if opt == "l" thenlist = trueelseif opt == "s" thenctx.strip = trueelseif opt == "g" thenctx.strip = falseelseif arg[n] == nil or m ~= #a then usage() endif opt == "e" thenif n ~= 1 then usage() endarg[1] = check(loadstring(arg[1]))elseif opt == "n" thenctx.modname = checkmodname(table.remove(arg, n))elseif opt == "t" thenctx.type = checkarg(table.remove(arg, n), map_type, "file type")elseif opt == "a" thenctx.arch = checkarg(table.remove(arg, n), map_arch, "architecture")elseif opt == "o" thenctx.os = checkarg(table.remove(arg, n), map_os, "OS name")elseusage()endendendelsen = n + 1endendif list thenif #arg == 0 or #arg > 2 then usage() endbclist(arg[1], arg[2] or "-")elseif #arg ~= 2 then usage() endbcsave(ctx, arg[1], arg[2])end
end

从中可以看出，当命令为 -l时，执行bclist函数，否则执行 bcsave函数。这篇文章我们只关心 -bl的处理过程，此时arg[1]为 -bl后的参数，即文件名，arg[2]为空时，输入 -，bclist代码如下：

local function bclist(input, output)local f = readfile(input)require("jit.bc").dump(f, savefile(output, "w"), true)
end

它调用了jit/bc.lua中的dump函数，其中参数为readfile 和savefile返回的结果。先看readfile函数：

local function readfile(input)if type(input) == "function" then return input endif input == "-" then input = nil endreturn check(loadfile(input))
end

readfile函数中，参数是function类型时，直接返回本身，lua中“-”和 nil都可以表示空，否则返回库函数 loadfile的结果。因此将源码和字节码统一处理的关键在于loadfile函数。loadfile库函数的定义在lib_base.c中，代码如下：

LJLIB_CF(loadfile)
{GCstr *fname = lj_lib_optstr(L, 1);GCstr *mode = lj_lib_optstr(L, 2);int status;lua_settop(L, 3);  /* Ensure env arg exists. */status = luaL_loadfilex(L, fname ? strdata(fname) : NULL,mode ? strdata(mode) : NULL);return load_aux(L, status, 3);
}
Loadfile函数调动了luaL_loadfilex函数，该函数定义如下：
LUALIB_API int luaL_loadfilex(lua_State *L, const char *filename,const char *mode)
{FileReaderCtx ctx;int status;const char *chunkname;if (filename) {ctx.fp = fopen(filename, "rb");if (ctx.fp == NULL) {lua_pushfstring(L, "cannot open %s: %s", filename, strerror(errno));return LUA_ERRFILE;}chunkname = lua_pushfstring(L, "@%s", filename);} else {ctx.fp = stdin;chunkname = "=stdin";}status = lua_loadx(L, reader_file, &ctx, chunkname, mode);if (ferror(ctx.fp)) {L->top -= filename ? 2 : 1;lua_pushfstring(L, "cannot read %s: %s", chunkname+1, strerror(errno));if (filename)fclose(ctx.fp);return LUA_ERRFILE;}if (filename) {L->top--;copyTV(L, L->top-1, L->top);fclose(ctx.fp);}return status;
}

luaL_loadfilex根据传进来的filename读取文件后，实际调用lua_loadx函数，lua_loadx函数定义如下：

LUA_API int lua_loadx(lua_State *L, lua_Reader reader, void *data,const char *chunkname, const char *mode)
{LexState ls;int status;ls.rfunc = reader;ls.rdata = data;ls.chunkarg = chunkname ? chunkname : "?";ls.mode = mode;lj_buf_init(L, &ls.sb);status = lj_vm_cpcall(L, NULL, &ls, cpparser);lj_lex_cleanup(L, &ls);lj_gc_check(L);return status;
}

lua_loadx实际是执行了cpparser函数，该函数判断读入的函数是lua脚本时，执行lj_parse函数进行词法转换。是luajit字节码文件时，执行lj_bcread读取字节码函数信息，因此最终返回的都是编译后的函数。cpparser的进一步跟踪参考字节码自定义的内容：

luajit自定义修改

下面是savefile函数的代码：

local function savefile(name, mode)if name == "-" then return io.stdout endreturn check(io.open(name, mode))
end

当指定的参数为 “-”时，也就是 -bl后没有参数时，返回 stdout，即最后反汇编是在控制台输出，否则返回一个打开的文件标识符。

bc.lua中定义了 dump = bcdump，bcdump函数代码如下：

-- Dump bytecode instructions of a function.
local function bcdump(func, out, all)if not out then out = stdout endlocal fi = funcinfo(func)if all and fi.children thenfor n=-1,-1000000000,-1 dolocal k = funck(func, n)if not k then break endif type(k) == "proto" then bcdump(k, out, true) endendendout:write(format("-- BYTECODE -- %s-%d\n", fi.loc, fi.lastlinedefined))local target = bctargets(func)for pc=1,1000000000 dolocal s = bcline(func, pc, target[pc] and "=>")if not s then break endout:write(s)endout:write("\n")out:flush()
end

从备注可以看出就是输出字节码指令，这是一个递归函数，先根据传入的第一个参数，使用funcinfo函数获取函数信息，funcinfo是一个库函数，位于jit.util. funcinfo，如果它有孩子，则递归调用全部为原型类型的孩子。它通过循环获取所有的指令，并调用bcline函数输出每一行的指令，bcline函数代码如下：

-- Return one bytecode line.
local function bcline(func, pc, prefix)local ins, m = funcbc(func, pc)if not ins then return endlocal ma, mb, mc = band(m, 7), band(m, 15*8), band(m, 15*128)local a = band(shr(ins, 8), 0xff)local oidx = 6*band(ins, 0xff)local op = sub(bcnames, oidx+1, oidx+6)local s = format("%04d %s %-6s %3s ",pc, prefix or "  ", op, ma == 0 and "" or a)local d = shr(ins, 16)if mc == 13*128 then -- BCMjumpreturn format("%s=> %04d\n", s, pc+d-0x7fff)endif mb ~= 0 thend = band(d, 0xff)elseif mc == 0 thenreturn s.."\n"endlocal kcif mc == 10*128 then -- BCMstrkc = funck(func, -d-1)kc = format(#kc > 40 and '"%.40s"~' or '"%s"', gsub(kc, "%c", ctlsub))elseif mc == 9*128 then -- BCMnumkc = funck(func, d)if op == "TSETM " then kc = kc - 2^52 endelseif mc == 12*128 then -- BCMfunclocal fi = funcinfo(funck(func, -d-1))if fi.ffid thenkc = vmdef.ffnames[fi.ffid]elsekc = fi.locendelseif mc == 5*128 then -- BCMuvkc = funcuvname(func, d)endif ma == 5 then -- BCMuvlocal ka = funcuvname(func, a)if kc then kc = ka.." ; "..kc else kc = ka endendif mb ~= 0 thenlocal b = shr(ins, 24)if kc then return format("%s%3d %3d  ; %s\n", s, b, d, kc) endreturn format("%s%3d %3d\n", s, b, d)endif kc then return format("%s%3d      ; %s\n", s, d, kc) endif mc == 7*128 and d > 32767 then d = d - 65536 end -- BCMlitsreturn format("%s%3d\n", s, d)
end

从函数注释即可以看出是输出字节码指令的一行，它通过bcnames得到opcode的具体值，通过vmdef.ffnames得到调用的库函数的函数名bcnames和ffnames都在vmdef.lua中定义，同时该文件由buildvm.c自动生成，vmdef.lua中完整定义了各个指令下标的opcode名和各个库函数的符号名

总结：当执行luajit -bl命令时，实际上是调用的 jit/bcsave.lua文件，通过loadfile库函数加载文件，经过luajit处理后，得到原型数据。接着调用bc.lua中的bcdump函数，递归解析各个原型，通过bcline函数，解析各个指令，bcline函数中用到了vmdef.lua中定义的opcode和各个库函数的符号名，这些符号名由buildvm.c在编译过程中自动生成。因此vmdef.lua是在反汇编时用于opcode下标到opcode符号名的转换。

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