dyld 加载 Mach-O

Posted 2020-08-22

原文出自【听云技术博客】：http://blog.tingyun.com/web/article/detail/1346

前言

最近看 ObjC的runtime 是怎么实现 +load 钩子函数的实现。进而引申分析了 dyld 处理 Mach-O 的这部分机制。

1.简单分析 Mach-O 在dyld 中是如何被加载到内存中的;

2.分析了 +load 的 特殊加载时机；

+ load

上图的调用栈告诉我们哪些函数被调用了。

dyld 是Apple 的动态链接器；在 xnu 内核为程序启动做好准备后，就会将 PC 控制权交给 dyld 负责剩下的工作 （dyld 是运行在 用户态的， 这里由 内核态 切到了用户态）。

每当有新的镜像加载之后，都会执行 load-images 方法进行回调，这里的回调是在整个ObjC runtime 初始化时 -objc-init 注册的 :

有新的镜像被 map 到 runtime 时，调用 load-images 方法，并传入最新镜像的信息列表 infoList：

这里的镜像就是 一些 System framework 的二进制。

进入 下图函数 load-images-nolock 查找 load 函数

调用 prepare-load-methods 对 load 方法的调用进行准备（将需要调用 load 方法的类添加到一个列表中)

调用 -getObjc2NonlazyClassList 获取所有的类的列表之后，会通过 remapClass 获取类对应的指针，然后调用 schedule-class-load 递归地 将当前类和没有调用 + load 父类进入列表。

在执行 add-class-to-loadable-list(cls) 将当前类加入加载列表之前，会先把父类加入待加载的列表，保证父类在子类前调用 load 方法。

在将镜像加载到运行时、对 load 方法的准备就绪，执行 call-load-methods，开始调用 load 方法：

其中 call-class-loads 会从一个待加载的类列表 loadable-classes 中寻找对应的类，然后找到 @selector(load) 的实现并执行。

分析到这里，已经能得知 load 函数是如何被调用的。

接下来分析 dyld 这部分怎么加载镜像的

1.1 数据结构

mach-o 文件头 操作。 

1.2 ImageLoader

每一个加载的 Mach-O 文件都会存在这样一个ImageLoader 的 实例，上图可以看出 这里ImageLoader是一个抽象类，每一种具体的Mach-O 文件都会继承 ImageLoader类， 继承关系 如下图：

 在加载时会根据Mach-O的格式不同选择生成不用的实例。

1.3 -main

在调用-main 函数之后，做了一下几件事情：

1. 选择运行环境（ios 模拟器）

2. 初始化数据、设置全局变量、上下文信息

3. 检查文件是否Restricted

走完这些流程，就会调用 instantiateFromLoadedImage 函数，开始加载Mach-O 并且实例化 为 ImageLoader。

1.4 instantiateFromLoadedImage

这个函数做了三件事情： 

1. 检查Mach-O 文件是否合法 

2. 初始化 ImageLoader 实例 

3. 调用addImage 函数添加 初始化后的实例到管理模块中
   

1.5 isCompatibleMachO

Mach-O 文件的合法性检查： 

1. mach-header 中的 cputype与当前运行的CPU 版本是否支持

2. mach-header 中的 subtype 在该CPU 架构下的所有版本都可以支持
   

cputype 就是CPU 平台， x86，ARM ，POWERPC 等， 而subtype 就是同一个平台下的不同版本， 例如：arm7，arm7.

1.6 ImageLoaderMachO: : instantiateMainExecutable

该函数主要通过 sniffLoadCommands 函数来判断 Mach-O 文件是否是压缩过的，然后分别 选择不同的 子类实例化。 

1.7 sniffLoadCommands

这个函数主要做两件事情 

1. 判断Mach-O文件是classic的还是compressed的。 

2. 获取mach-O文件的segment的数量。
   

1.8 ImageLoaderMachOClassic: :instantiateMainExecutable

classic 与 compressed 的初始化大同小异，先分析Classic 的实现 

可以看到加载的核心代码 还在 instantiateStart 函数中

1.9 instantiateStart

这里仍然没有出现加载的核心代码，只是根据之前获得的数据申请分配了内存，并计算 segments的 指针。 ImageLoaderMachOClassic 的构造函数才是加载 的核心逻辑。

2.0 ImageLoaderMachOClassic

根据Mach-O 文件 segments 将数据加载到 内存中， 任何返回 调用 addImage 函数。

2.1 addImage

这个函数只是做了数据更新 

1. 将image 添加到管理容器中

2. 更新了内存分布的信息
   

end

整个加载过程基本分为三个步骤：

1. 合法加测

2. 解析Mach-O文件头信息，将segments 的具体信息 构建到image 的实例中

3. 添加image 到管理容器
   

根据 dyld的源代码的粗略分析， 更多信息需要分析 xnu 内核代码。

参考

ObjC runtime 源代码

dyld 源代码

《Mac OSX and iOS Internals》

本文出自 “听云技术博客” 博客，请务必保留此出处http://tingyunblog.blog.51cto.com/12385276/1881859