参考学习博客：
Android Dex文件格式(一)：https://blog.csdn.net/p312011150/article/details/80501690
dex文件解析(第三篇) ：https://blog.csdn.net/tabactivity/article/details/78950379
Android安全–Dex文件格式详解：https://www.cnblogs.com/kexing/p/8890162.html
Dalvik和Art,JIT ,AOT, oat, dex, odex：https://www.colabug.com/4516410.html
官方文档：https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dex-format
一. Android Dex文件整体结构：
当java程序编译成class后，还需要使用dx工具将所有的class文件整合到一个dex文件，目的是其中各个类能够共享数据，在一定程度上降低了冗余，同时也是文件结构更加经凑，实验表明，dex文件是传统jar文件大小的50%左右。
1.整体结构：
在这里插入图片描述
2.详细描述：
| 名称 | 格式 | 说明 |
|---|---|---|
| header | header_item | 标头 |
| string_ids | string_id_item[] | 字符串标识符列表。这些是此文件使用的所有字符串的标识符，用于内部命名（例如类型描述符）或用作代码引用的常量对象。此列表必须使用 UTF-16 代码点值按字符串内容进行排序（不采用语言区域敏感方式），且不得包含任何重复条目。 |
| type_ids | type_id_item[] | 类型标识符列表。这些是此文件引用的所有类型（类、数组或原始类型）的标识符（无论文件中是否已定义）。此列表必须按 string_id 索引进行排序，且不得包含任何重复条目。 |
| proto_ids | proto_id_item[] | 方法原型标识符列表。这些是此文件引用的所有原型的标识符。此列表必须按返回类型（按 type_id 索引排序）主要顺序进行排序，然后按参数列表（按 type_id 索引排序的各个参数，采用字典排序方法）进行排序。该列表不得包含任何重复条目。 |
| field_ids | field_id_item[] | 字段标识符列表。这些是此文件引用的所有字段的标识符（无论文件中是否已定义）。此列表必须进行排序，其中定义类型（按 type_id 索引排序）是主要顺序，字段名称（按 string_id 索引排序）是中间顺序，而类型（按 type_id 索引排序）是次要顺序。该列表不得包含任何重复条目。 |
| method_ids | method_id_item[] | 方法标识符列表。这些是此文件引用的所有方法的标识符（无论文件中是否已定义）。此列表必须进行排序，其中定义类型（按 type_id 索引排序）是主要顺序，方法名称（按 string_id 索引排序）是中间顺序，而方法原型（按 proto_id 索引排序）是次要顺序。该列表不得包含任何重复条目。 |
| class_defs | class_def_item[] | 类定义列表。这些类必须进行排序，以便所指定类的超类和已实现的接口比引用类更早出现在该列表中。此外，对于在该列表中多次出现的同名类，其定义是无效的。 |
| call_site_ids | call_site_id_item[] | 调用站点标识符列表。这些是此文件引用的所有调用站点的标识符（无论文件中是否已定义）。此列表必须按 call_site_off 的升序进行排序。 |
| method_handles | method_handle_item[] | 方法句柄列表。此文件引用的所有方法句柄的列表（无论文件中是否已定义）。此列表未进行排序，而且可能包含将在逻辑上对应于不同方法句柄实例的重复项。 |
| data | ubyte[] | 数据区，包含上面所列表格的所有支持数据。不同的项有不同的对齐要求；如有必要，则在每个项之前插入填充字节，以实现所需的对齐效果。 |
| link_data | ubyte[] | 静态链接文件中使用的数据。本文档尚未指定本区段中数据的格式。此区段在未链接文件中为空，而运行时实现可能会在适当的情况下使用这些数据。 |
3. 采用010editor查看dex1文件：
在这里插入图片描述
具体可以参考https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dex-format，查看每项的定义即情况
也可以查看dex相关的code进行结构的梳理：
https://android.googlesource.com/platform/dalvik/+/master/dx/src/com/android/dx/dex/file/DexFile.java
/art/libdexfile/
总之来说，dex是将apk中使用到的class文件信息集合在一起的文件，其中也包含了很多jar包中的类。
dex文件是对class文件中的各种函数表、变量表等进行优化过的，整体大小要小于class文件总和。
二. Android Odex，Oat，Vdex , art文件
2.1 odex文件概述（ 5.0之前 ）
全名Optimized DEX，即优化过的DEX。
Apk在安装(installer)时，就会进行验证和优化，目的是为了校验代码合法性及优化代码执行速度，验证和优化后，会产生ODEX文件，运行Apk的时候，直接加载ODEX，避免重复验证和优化，加快了Apk的响应时间。
注意：优化过程会根据不同设备上Dalvik虚拟机的版本、Framework库的不同等因素而不同。在一台设备上被优化过的ODEX文件，拷贝到另一台设备上不一定能够运行。
ODEX格式及生成过程：https://www.jianshu.com/p/242abfb7eb7f
整体结构盗图如下：
在这里插入图片描述
2.2. oat文件（5.0及5.0之后）
参考博客：
Android运行时ART加载OAT文件的过程分析：https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/39307813
oat格式(1)：https://shaomi.github.io/2017/08/18/oat%E6%A0%BC%E5%BC%8F/
从Android运行时出发，打造我们的脱壳神器：
https://www.feiworks.com/wy/drops_html/%E4%BB%8EAndroid%E8%BF%90%E8%A1%8C%E6%97%B6%E5%87%BA%E5%8F%91%EF%BC%8C%E6%89%93%E9%80%A0%E6%88%91%E4%BB%AC%E7%9A%84%E8%84%B1%E5%A3%B3%E7%A5%9E%E5%99%A8.html
2.2.1 oat文件概述
oat 文件是 ART 运行的文件，是一种ELF格式的二进制可运行文件，包含 DEX 文件和编译出的本地机器指令文件。因为 oat 文件包含 DEX 文件，因此比 ODEX 文件占用空间更大。
由于其在安装时打包在里面的classes.dex文件会被工具dex2oat翻译成本地机器指令，最终得到一个ELF格式的OAT文件，ART 加载 OAT 文件后不需要经过处理就可以直接运行，它没有了从字节码装换成机器码的过程，因此运行速度更快。
查看三方应用如微信的安装包如下：
在这里插入图片描述
怎么还是odex，这个art文件是啥，这个vdex又是啥，==
官方回答：https://source.android.com/devices/tech/dalvik/configure
.vdex：其中包含 APK 的未压缩 DEX 代码，另外还有一些旨在加快验证速度的元数据。
.odex：其中包含 APK 中已经过 AOT 编译的方法代码。
.art (optional)：其中包含 APK 中列出的某些字符串和类的 ART 内部表示，用于加快应用启动速度。
使用file命令查看这个base.odex
在这里插入图片描述
看到这个base.odex文件是ELF格式封装的，所以这里的odex其实就是oat文件，只是还是叫odex后缀。
查看系统自带应用，比如system/priv-app/，system/app/中的apk，最终oat文件存放在/data/dalvik-cache/ 中：
在这里插入图片描述
这里的dex文件也是oat文件，只是以dex为后缀命名，/data/dalvik-cache/ 下也有以oat为后缀命名的oat文件，通过如上的file命令就可以看出来。
2.2.2 readelf 查看oat文件结构
微信的安装包中的oat文件由于是elf格式封装，可以使用readelf命令查看文件信息如下：
chengang@mi:~$ readelf -a '/home/chengang/Documents/apk_dex_structure/com.tencent.mm-GzKZdK2dYHRkCVqs-p_ZVA==/oat/arm/base.odex'
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 03 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - GNU
ABI Version: 0
Type: DYN (Shared object file)
Machine: ARM
Version: 0x1
Entry point address: 0x0
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 4261112 (bytes into file)
Flags: 0x5000000, Version5 EABI
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 8
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 11
Section header string table index: 10
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .rodata PROGBITS 00001000 001000 1c9000 00 A 0 0 4096
[ 2] .text PROGBITS 001ca000 1ca000 22f98c 00 AX 0 0 4096
[ 3] .bss NOBITS 003fa000 000000 0079b8 00 A 0 0 4096
[ 4] .dex NOBITS 00402000 000000 40dacf4 00 A 0 0 4096
[ 5] .dynstr STRTAB 044dd000 3fa000 00006d 00 A 0 0 4096
[ 6] .dynsym DYNSYM 044dd070 3fa070 0000a0 10 A 5 1 4
[ 7] .hash HASH 044dd110 3fa110 000034 04 A 6 0 4
[ 8] .dynamic DYNAMIC 044de000 3fb000 000038 08 A 5 0 4096
[ 9] .gnu_debugdata PROGBITS 00000000 3fc000 0144a4 00 0 0 4096
[10] .shstrtab STRTAB 00000000 4104a4 000051 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)
O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)
There are no section groups in this file.
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
PHDR 0x000034 0x00000034 0x00000034 0x00100 0x00100 R 0x4
LOAD 0x000000 0x00000000 0x00000000 0x1ca000 0x1ca000 R 0x1000
LOAD 0x1ca000 0x001ca000 0x001ca000 0x22f98c 0x22f98c R E 0x1000
LOAD 0x000000 0x003fa000 0x003fa000 0x00000 0x079b8 RW 0x1000
LOAD 0x000000 0x00402000 0x00402000 0x00000 0x40dacf4 R 0x1000
LOAD 0x3fa000 0x044dd000 0x044dd000 0x00144 0x00144 R 0x1000
LOAD 0x3fb000 0x044de000 0x044de000 0x00038 0x00038 RW 0x1000
DYNAMIC 0x3fb000 0x044de000 0x044de000 0x00038 0x00038 RW 0x1000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00
01 .rodata
02 .text
03 .bss
04 .dex
05 .dynstr .dynsym .hash
06 .dynamic
07 .dynamic
Dynamic section at offset 0x3fb000 contains 7 entries:
Tag Type Name/Value
0x00000004 (HASH) 0x44dd110
0x00000005 (STRTAB) 0x44dd000
0x00000006 (SYMTAB) 0x44dd070
0x0000000b (SYMENT) 16 (bytes)
0x0000000a (STRSZ) 109 (bytes)
0x0000000e (SONAME) Library soname: [base.odex]
0x00000000 (NULL) 0x0
There are no relocations in this file.
There are no unwind sections in this file.
Symbol table '.dynsym' contains 10 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00001000 0x1c9000 OBJECT GLOBAL DEFAULT 1 oatdata
2: 001ca000 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 2 oatexec
3: 003f9988 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 2 oatlastword
4: 003fa000 8456 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 oatbss
5: 003fa000 8456 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 oatbssmethods
6: 003fc108 22704 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 oatbssroots
7: 004019b4 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 oatbsslastword
8: 00402000 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 4 oatdex
9: 044dccf0 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 4 oatdexlastword
Histogram for bucket list length (total of 1 buckets):
Length Number % of total Coverage
0 1 (100.0%)
No version information found in this file.
2.2.3 oat文件结构大致如图：
在这里插入图片描述
如上图应知：
1.oat文件中有完整的dex文件，oat data section 中对应着真正的oat文件，即 外层是elf 包含着 oat，oat 包含着dex
2.符号oatdata和oatlastword分别指定了oat文件在elf文件中的头和尾的位置，符号oatexec指向可执行段的位置；
3.oat文件有自己的头和格式，并且其内部包含了一个完整的dex文件。
4.oat其实就是一个Elf格式的二进制文件，跟Elf文件不同的是它内部多了oatdata、oatexec、oatlastword几个符号。其中oatdata的起始位置相对文件头固定为0x1000字节，而我们通过oatdump反编译的时候出来的地址是从0x1000开始的，所以这也是为什么我们在backtrace中计算地址的时候最后要减去0x1000，才能去dump里面找对应的地址。
在这里插入图片描述
oat文件格式如图所示，这里0x1000是oatdata相对于文件头的偏移，接着就是oatdata的大小，也就是oatdump中的executable_offset，这个值保存在Oat文件的OatHeader里面。然后就是oatexec段，也就是机器码。而进程运行过程中异常如果挂在oat文件中，那么其pc一定是在oatexec段内。
2.3. art文件
看到上面有art文件，.art是一些类/filed/方法，app启动直接map到内存，从odex中拆分出来的,art文件主要为了加快应用的对“热代码”的加载与缓存
2.4. vdex文件
google在android8.0新增加了vdex文件，其中包含 APK 的未压缩 DEX 代码，另外还有一些旨在加快验证速度的元数据。
VDEX 文件有助于提升软件更新的性能和用户体验。VDEX 文件会存储包含验证程序依赖项且经过预验证的 DEX 文件，以便 ART 在系统更新期间无需再次解压和验证 DEX 文件。无需执行任何操作，即可实现该功能。该功能默认处于启用状态。要停用该功能，请将 ART_ENABLE_VDEX 环境变量设为 false。
定义结构：art/runtime/vdex_file.h
34// VDEX files contain extracted DEX files. The VdexFile class maps the file to
35// memory and provides tools for accessing its individual sections.
36//
37// File format:
38// VdexFile::VerifierDepsHeader fixed-length header
39// Dex file checksums
40//
41// Optionally:
42// VdexFile::DexSectionHeader fixed-length header
43//
44// quicken_table_off[0] offset into QuickeningInfo section for offset table for DEX[0].
45// DEX[0] array of the input DEX files, the bytecode may have been quickened.
46// quicken_table_off[1]
47// DEX[1]
48// ...
49// DEX[D]
50//
51// VerifierDeps
52// uint8[D][] verification dependencies
53//
54// Optionally:
55// QuickeningInfo
56// uint8[D][] quickening data
57// uint32[D][] quickening data offset tables
三. 概括总结：
在这里插入图片描述
四.工具使用：
4.1.dx 和 dexdump工具：
在sdk目录：~/Android/Sdk/build-tools/ 下有dex 打包工具:dx 解析dex的工具：dexdump;
源码目录下prebuilts下也有该工具;
手机中也有该工具： system/bin/dexdump
4.2. oatdump工具:
在手机中有该工具： /system/bin/oatdump，可以解析oat文件。
4.3.objdump工具
对于android开发是源码下对应的arm-linux-androideabi-objdump而非电脑系统的objdump：
./prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-androideabi-4.9/bin/arm-linux-androideabi-objdump -S ~/Documents/f3b/symbol/out/target/product/pyxis/symbols/vendor/lib/hw/camera.qcom.so | tee camera.qcom.asm
用来反编译symbol文件为汇编指令用于问题定位。
4.4. Vdex Extractor工具：
Vdex Extractor：从Vdex文件反编译和提取Android Dex字节码的工具：https://www.freebuf.com/sectool/185881.html
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