Java/Kotlinで書かれたJVMバイトコード実行エンジン

JAVAバイトコード実行エンジン

従来の Java 動的デバッグはソースコードレベルにのみ基づくことができ、ソースコードまたは難読化された Java クラスファイルなしでは動的デバッグできません。

Java プログラムの実行は、バイトコードを実行する JVM 仮想マシンに基づいています。 Kotlin を使用して JVM バイトコード実行エンジンを構築しました。これにより、IntelliJ IDEA などの最新の IDE を使用して Java プログラムをバイトコードレベルでデバッグし、実行中のプログラムの動作を観察できるようになります。

注意してください、このプロジェクトは JVM の動作原理を調査研究し、悪意のあるプログラムを分析することのみを目的としています。違法な目的で使用することは固く禁じられています。

前提知識の基礎

このプロジェクトを使用する前に、次の知識基盤があることを確認してください。

Javaクラスファイルの形式の理解
JVM内の各バイトコードの役割と意味を理解する

IDEAを使用してバイトコードレベルでデバッグする

git clone https://github.com/vlinx-io/vlx-vmengine-jvm.git

IDEAを使用してこのプロジェクトを開きます（JDK 17が必要です）そしてTestCasesに移動します

TestCasesには2つのテストケースがあります。1つは静的メソッドを実行するためのもので、もう1つはインスタンスメソッドを実行するためのものです。executeStaticMethodとexecuteVirtualMethod。

対応するメソッドには、情報を入力してくださいclassPath、className、methodNameそしてmethodSignature。クラスファイルの詳細情報は、クラスビューア。

直接実行

以下のコードのコンパイルされたクラスファイルを例として使用する

public class Hello {

    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

実行するexecuteVirtualMethod、このクラスの hello メソッドを実行します。

val classPath = "your-classpath"
val className = "Hello"
val methodName = "hello"
val methodSignature = "()V"
val args = listOf&lt;Any?&gt;()

val url = File(classPath).toURI().toURL()
val urls = arrayOf(url)
val loader = VlxClassLoader(urls)

val clazz = loader.loadClass(className)

val method = ClassUtils.getMethod(clazz, methodName, methodSignature, loader)
val instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance()


val thread = VMThread(VMEngine.instance, loader)
thread.execute(instance, method!!, args, true, 0)

コンソールに次の出力が表示されます。

2023-05-21 17:51:10 [DEBUG] Execute method: public void Hello.hello()
2023-05-21 17:51:10 [DEBUG] Receiver: Hello@3daf7722
2023-05-21 17:51:10 [DEBUG] Args: []
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] LocalVars: [kotlin.Unit]
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "L0: GETSTATIC"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "#7"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] public static final java.io.PrintStream java.lang.System.out
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "push" org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream@6aa3a905
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "L3: LDC"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "#13"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "hello"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "push" "hello"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "L5: INVOKEVIRTUAL"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "#15"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "class java.io.PrintStream, NameAndType(name='println', type='(Ljava/lang/String;)V')"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] public void java.io.PrintStream.println(java.lang.String)
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "pop" "hello"
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "pop" org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream@6aa3a905
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] 	Execute method: public void org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream.println(java.lang.String)
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] 	Receiver: org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream@6aa3a905
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] 	Args: [org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream@6aa3a905, hello]
2023-05-21 17:51:11 [ERROR] Can't parse class class org.gradle.internal.io.LinePerThreadBufferingOutputStream
hello
2023-05-21 17:51:11 [DEBUG] "L8: RETURN"

コンソール出力には、このメソッドのすべてのバイトコード命令、命令実行中のスタックの変更、および各バイトコード命令の結果が表示されます。

デバッグ

バイトコード命令をデバッグする必要がある場合は、前後のブレークポイントを設定することができますexecute()メソッド内VMExecutor。

 fun execute() {
    while (true) {
        try {
            pc = sequence.index()
            val opcode = sequence.readUnsignedByte().toShort()
            if (execute(opcode)) {
                break
            }
        } catch (vme: VlxVmException) {
            Logger.FATAL(vme)
            exitProcess(1)
        } catch (t: Throwable) {
            handleException(t)
        }

    }
}

サブメソッドのバイトコードのデバッグ

デフォルトでは、仮想エンジンは指定されたメソッドのバイトコードのみを解釈して実行します。指定されたメソッド内で呼び出されるサブメソッドは、複数の呼び出し層による重大なパフォーマンスのオーバーヘッドを回避するために、引き続き JVM 内で実行されます。すべてのメソッドを仮想エンジンで解釈して実行したい場合は、次のように変更してください。io.vlinx.vmengine.Optionsそして変更するhandleSubMethod 本当のこと。