這是 WWDC 2016 Session 406 理論部分的筆記，內容包含著了 Mach-O，虛擬內存的一點點知識，不過主要還是關注在 main() 函數(shù)之前做了什么。
Mach-O
Mach-O 是一種運行時可執(zhí)行二進制文件類型。除了在應用中常見的可執(zhí)行文件之外，還有 dylib（動態(tài)庫），bundle（特殊的 dylib，只能在運行時通過 dlopen() 函數(shù)裝載）等等，都是 Mach-O 文件，也被稱作 Image。這些文件運行在那些基于 Mach 內核的操作系統(tǒng)上，比如 macOS 和 iOS 等等。
Mach-O 文件的結構
Mach-O 被分為不同的 segment，每個 segment 的大小都是頁面大小（page size）的倍數(shù)（arm64 環(huán)境下 page size = 16KB，其它為 4K）。常見的有 __TEXT, __DATA, __LINKEDIT。通過 otool -tV -d 可以讀取對象文件的 __TEXT 段和 __DATA 段的內容：
- __TEXT segment 包含 Mach 頭文件、代碼以及只讀常量；
- __DATA segment 包含有可讀的內容，如全局變量、靜態(tài)變量等等；
- __LINKEDIT segment 包含有如何裝載程序的元數(shù)據(jù)（meta data）。
Universal Binary
Universal Binary 最早在 WWDC 2005 上被提出，目的是幫助 OS X 上的應用從基于 PowerPC 架構到 Intel 架構的轉變。即可執(zhí)行文件中包含著多種指令集，不同的系統(tǒng)可以根據(jù) Mach-O 上的 Fat Header 上的信息選擇執(zhí)行相應的指令，副作用是使得可執(zhí)行文件的體積增大。
比如將 Build Setting -> Valid Architectures 中的 armv7 和 armv7s 刪除，僅剩 arm64，那么導出的可執(zhí)行文件的體積會小很多（除非應用僅支持64位處理器，否則不要這么做）。
虛擬內存
虛擬內存是一種將進程虛擬地址空間映射到物理地址的一種機制。使用虛擬地址的好處是使得程序空間獨立。一般的操作系統(tǒng)在實現(xiàn)虛擬內存的時候，都會將內存空間劃分為頁（page），通過頁表（page table）去管理虛擬頁和物理頁之間的映射關系和 page-in & page-out 。
ASLR
地址空間布局隨機化（Address Space Layout Randomization），即將可執(zhí)行文件、動態(tài)庫等文件隨機地裝載到內存的某個地址中防止緩沖區(qū)溢出攻擊。
Code Signing
每一個頁的內容都被加密散列，散列值存放在 __LINKEDIT segment 中。在 page-in 的時候會檢驗內容的正確性，這意味著程序的指令不會被修改。
從 exec() 到 main()
在執(zhí)行 main() 函數(shù)之前，大概經(jīng)過了這些步驟：
- 運行輔助程序 dyld（與進程在同一地址空間）；
- dyld 裝載所有程序依賴的動態(tài)庫；
- dyld 修正 __DATA segment 內的數(shù)據(jù)指針；
- 調用所有 initializers.
Loading Dylibs ：
動態(tài)庫（或者叫共享庫，通常是 .so .dylib 作為后綴）是一種可以在程序在運行時裝載的目標文件。使用動態(tài)庫可以有效減少代碼的體積，提高代碼的復用率。下面是 iOS 在運行前加載動態(tài)庫的過程：
- 解析程序所依賴的 dylibs；
- 找到所需的 Mach-O 文件；
- 打開并讀取文件；
- 校驗 Mach-O 文件；
- 向內核注冊代碼簽名；
- 對每個 segment 調用
mmap()，將目標文件映射到內存中。
上面的這個過程是遞歸進行的，因為一個動態(tài)庫可能還依賴著另一個動態(tài)庫。
Rebasing
Rebasing 的工作是改變 dylibs 或者 bundles 的基地址?；刂肥?image（dylib 或者 bundle）在被裝載時優(yōu)先選擇的地址，被編碼到 __LINKEDIT 中，默認為零。在運行時，如果基地址范圍被占用了，那么 dyld 會將這個 image 裝載到一個新的地址空間去（內容來源于 rebase 的 manual，在 terminal 里敲入 man rebase 就能看到）。
Binding
不同于 rebasing（修正 dylib 內部每個指向 image 內部的地址），binding 是要修正所有指向其它 dylib 指針的值。比如說在程序中調用 malloc 函數(shù)，dyld 需要在共享庫中找到 malloc 這個符號對應的子程序的地址然后修改調用程序中的指針。
這里有個命令可以查看可執(zhí)行文件中的 dyld 信息：
xcrun dyldinfo -rebase -bind -lazy_bind YourExecutableFile
Notify ObjC Runtime
在 rebasing 和 binding 結束之后，ObjC runtime 初始化，接著通過 class_createInstance()注冊類到 runtime 中。類的成員變量的偏移量隨之更新，category 上的方法也被插入到方法列表中。
Initializers
之后調用 ObjC 中類的 +load 方法。視頻中 Nick Kledzik 說 +load 這個方法已經(jīng) deprecated 了，不建議使用，但是去 NSObject Class Reference 看，并沒有對此做了什么標記。接著調用 __attribute__((constructor)) 修飾的函數(shù)，然后就是對 C++ 中全局對象進行初始化（如下圖，Person 的構造函數(shù)先于程序的 main() 函數(shù)的調用）。
結束
至此可知，在 main() 函數(shù)之前，我們可以通過減少庫的數(shù)目、減少類的數(shù)目、不在+load里面做過多的事情等手段，加快應用的啟動速度。在 main() 函數(shù)之后，就是要求主線程在 -application:didFinishLaunchingWithOptions: 中盡快返回。
上述的每一個步驟都可以展開很多內容來講，這里推薦一些比較厲害的博客，sunnyxx 的《iOS 程序 main 函數(shù)之前發(fā)生了什么》 還有 mikeash.com 上的《Friday Q&A 2012-11-09: dyld: Dynamic Linking On OS X》。
我才不會說我把這個視頻的字幕翻譯了一遍才勉強看得懂咧……??
