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背景

大家都知道iOS在加載app的時候本質(zhì)其實是加載app中的MachO文件，那么MachO文件又是誰來進行加載與執(zhí)行的呢？其中的過程又是如何的？我們就來初探一下MachO文件的加載順序。

一、什么是Mach-O文件？

1.1、初識Mach-O

要想了解MachO文件的加載順序，首先我們要先了解一下什么是MachO文件。MachO屬于一種文件格式，其中包含了可執(zhí)行文件、靜態(tài)庫、動態(tài)庫、dyld等；其中包含的可執(zhí)行文件是集合了多種架構(gòu)的，例如包含了 armv7、arm64等；

1.2、MachO的結(jié)構(gòu)：

圖片.png

Header：用于快速確定該文件的CPU類型、文件類型；
Load Commands：指示加載器如何設(shè)置并且加載二進制數(shù)據(jù)；
Text：存放代碼。
Data：存放數(shù)據(jù)。例如：數(shù)據(jù)、字符串常量、類、方法等；

1.3、如何找到Mach-O文件？

我們創(chuàng)建一個新項目然后編譯，在Products下會生成一個項目名.app文件，我們右鍵 show in finder 然后再右鍵顯示包內(nèi)容，會看到一個黑框的文件，該文件就是MachO文件。
Mach-O是Machobject文件格式的縮寫，它是一種用于可執(zhí)行文件、目標代碼、動態(tài)庫的文件格式。作為a.out格式的替代，與a.out格式比較Mach-O提供了更強的擴展性。

圖片.png

這里要注意，Mach-O是一種文件類型，我們常見的.o文件、.a庫、.Framework等都屬于這個類型;我們可通過file命令查看文件類型。例如：

image

1.4、如何查看Mach-O文件？

通過終端命令 otool -l +文件名進行查看，但是命令顯示的內(nèi)容太多了我們不好看，可以通過終端命令 otool -l +文件名 > 輸出路徑將內(nèi)容輸出成文件，但是打開文件還是不太好看，這時我們就該利用工具了。例如：

image

我們需要下載一個叫MachOView的工具，直接將MachO文件拖到工具圖標上就可以了。效果跟MachO的結(jié)構(gòu)圖一樣。工具下載地址：鏈接: https://pan.baidu.com/s/112A7mZ0ssPdJHSvPNl5OGg 密碼: t5ab
既然MachO屬于一種文件格式，那么就一定有解析這種格式的方法與程序，那么對MachO文件進行解析執(zhí)行的就是DYLD。

二、DYLD

DYLD（the dynamic link editor）是蘋果的動態(tài)鏈接器，是蘋果操作系統(tǒng)一個重要組成部分，在系統(tǒng)內(nèi)核做好程序準備工作之后，交由dyld負責余下的工作。而且它是開源的，任何人可以通過蘋果官網(wǎng)下載它的源碼來閱讀理解它的運作方式，了解系統(tǒng)加載動態(tài)庫的細節(jié)。官網(wǎng)地址：https://opensource.apple.com/

2.1、新建一個項目

1、首先我們要先了解一下App啟動時候的運行順序，那么一個App入口就是mian.m文件里面的mian函數(shù)，我們現(xiàn)在在main函數(shù)中打印一句話標記一下。

圖片.png

2、App通過了main函數(shù)的之后會調(diào)用AppDelegate，然后最終會引導(dǎo)到ViewController界面上，那我們就在ViewController中增加一個load函數(shù)，這里問什么要加load函數(shù)是因為load函數(shù)一定是最先被加載的，我們的目的是為了查看App的啟動順序，所以load函數(shù)最合適，接下來我們還會驗證為什么load函數(shù)是最先加載的。

圖片.png

3、除了上面的main函數(shù)和VC的load函數(shù)之外，我們的App一般還會引用一些framework，所以我們不妨也看看framework是什么是后被加載運行的。我們可以自己創(chuàng)建一個framework，然后再framework中新建一個Main.m的文件，同樣的參考ViewController我們也增加一個load函數(shù)。

圖片.png

4、我們現(xiàn)在運行看一下打印結(jié)果是什么，建議最好用真機進行測試。

圖片.png

2.2、如何找到DYLD的加載入口？

首先我們現(xiàn)在知道的就是App入口都是通過mian.m文件里面的mian函數(shù)開始的，但根據(jù)上面的測試打印結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)了其實framework的load是最先被調(diào)用的，那么我們就在framework的load函數(shù)中增加一個斷點再運行一下看看。

然后我們在右側(cè)查看調(diào)用流程，我們就看到了在App的main函數(shù)之前的調(diào)用流程了。

image

通過調(diào)用流程我們發(fā)現(xiàn)，最開始是調(diào)用了了一個叫 _dyld_start的函數(shù)，然后通過dyld的main函數(shù)繼續(xù)進行調(diào)用，然后通過調(diào)用ImageLoader 的函數(shù)調(diào)用notifySingle 后再load_images，最終調(diào)用到了我們framework中的load函數(shù)。

根據(jù)上面的分析，我們已經(jīng)對DYLD的加載順序有了一個大致的了解，那么大家有沒有興趣跟著我，把DYLD詳細的加載流程走一遍呢？Let‘s go ！

三、DYLD加載探究

3.1、前期準備資料：

我要分析DYLD的加載流程就必須要下載DYLD的源代碼，下面給出下載地址https://opensource.apple.com；
注意！要下載DYLD源碼點擊macOS，這里我們選擇11.2這個版本，點進去后搜索dyld 會找到dyld-832.7.3 ；除了dyld之外還需要下載objc4-818.2

image

3.2、分析過程：

3.2.1、start函數(shù)：

start函數(shù)的內(nèi)容不多，我們簡要的分析一下；首先我們打開dyld源碼，然后Command+shift+O 搜索start，然后Command+shift+J 定位文件。

image

第一個關(guān)鍵步驟就是rebaseDyld(dyldsMachHeader);方法，他的目的是重定位，其中參數(shù)dyldsMachHeader就是MachO文件里的Header內(nèi)容。這里牽扯到一個概念就是ASLR大家可以百度一下，我這里簡要解釋一下,在iOS系統(tǒng)中打開一個App的時候是會將App的二進制數(shù)據(jù)從硬盤copy到內(nèi)存里，那么這時候二進制數(shù)據(jù)就會對應(yīng)一個內(nèi)存地址，由于考慮安全等因素的問題，內(nèi)存的地址都是由虛擬緩存地址替代，而且地址的起始位置都是動態(tài)的，每次啟動的時候都會不一樣，這個技術(shù)就是ASLR。所以當DYLD加載MachO的時候最先一步要做的就是對數(shù)據(jù)進行重定位。

執(zhí)行__guard_setup(apple); 這一步是為了進行棧溢出保護；

執(zhí)行_subsystem_init(apple); 這一步是初始化相關(guān)數(shù)據(jù)；

最后執(zhí)行一個返回return dyld::_main((macho_header)appsMachHeader, appsSlide, argc, argv, envp, apple, startGlue); 返回調(diào)用的是dyld的_main函數(shù)，是具體加載步驟。這里的返回值也是一個main函數(shù)，而這個返回的main函數(shù)就是就是咱們App項目中main.m中的main函數(shù)，所以這個dyld的main函數(shù)就是一個尋找、加載、初始化這個App的main函數(shù)的過程，那么所有的加載邏輯都是由這個函數(shù)來執(zhí)行的，我們繼續(xù)跟進下去。

3.2.2、main函數(shù)：

(1)、初期配置：

我們繼續(xù)跟蹤dyld::_main函數(shù)，剛一進來就看到這個函數(shù)的很大，將近1千多行的代碼。我們用不著每行都看一遍，只要抓住幾個重點步驟就行了。
大概再6473行左右會出現(xiàn)一個setContext(mainExecutableMH, argc, argv, envp, apple);函數(shù)，從_mian函數(shù)開始到這里都是在做一些配置的信息，把配置好的信息保存起來，當前這步的含義是用過調(diào)用setContext上下文，將括號內(nèi)的參數(shù)信息保存起來，我們可以再看一下setContext里面的內(nèi)容，就會發(fā)現(xiàn)其實上下文都是通過一個叫g(shù)LinkContext的來進行保存的。到這里只是初步設(shè)置，如果下面的信息發(fā)生了改變還會進行更新。

image

接下來往下50行左右，configureProcessRestrictions; 函數(shù)開始再到s是對進程進行了受限配置，進程是受AMFI（Apple Mobile File Integrity蘋果移動文件保護)內(nèi)核模塊，用來檢查一些參數(shù)的存在性。最后我們可以看到又執(zhí)行了setContext，只是因為上面的進行保護可能會引起一些環(huán)境變量發(fā)送改版，所以需要再一次重新進行保存。

image

再往下走到defaultUninitializedFallbackPaths，目前到這里，都是配置和初始化環(huán)境，還沒有加載程序。

image

繼續(xù)往下我們會看到兩個環(huán)境變量sEnv.DYLD_PRINT_OPTS 和 sEnv.DYLD_PRINT_ENV，通過代碼我們發(fā)現(xiàn)如果配置了這兩個變量就會執(zhí)行下面的pint方法，我們可以通過在項目中的target里設(shè)置，讓他們進行打印。

image

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/26320104-5bc616925e83e990.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/26320104-e9d0318e6faeb0b8.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

(2)、加載共享緩存：

image

再往下幾行，我們發(fā)現(xiàn)了checkSharedRegionDisable這個函數(shù)，從這往下到mapSharedCache都是在加載共享緩存，例如：UIKit，F(xiàn)oundation框架。這里要再提一下iOS的共享緩存的意義。

我們知道iOS在加載的時候最終會將MachO加載到內(nèi)存中，其中一些通用的框架不只一個App會使用到，所以為了節(jié)省空間提升效率，蘋果采用了共享緩存的機制，如下圖：

圖片.png

(3)、DYLD加載方式：

經(jīng)過了以上的配置、加載共享緩存的步驟之后，DYLD現(xiàn)在要正式開始，目前DYLD的執(zhí)行方式分為2種；Dyld2 和 Dyld3。

(3-1)、DYLD3方式：

iOS11 之后增加了Dyld3 通過使用Closure閉包方式進行加載，這種方式比之前Dyld2的效率更高效，但本質(zhì)的流程還是與Dyld2一致的，我們可以快速的看一下。先從共享緩存中查找閉包(Closure)；

image

如果mainClosure是空，并且有失效了，則加載方式也會發(fā)生改變；

image

沒有從緩存中找到有效的Closure，就新建一個；嘗試啟動Closure，驗證知否過期，如果過期了則再創(chuàng)建一個，讓后再次啟動Closure；圖

image

啟動成功返回result；

(3-2)、DYLD2方式：

通過了解Dyld3閉包模式我們對dyld的執(zhí)行有了一個大概的認知，但是從分析Dyld3的加載過程我們并沒有發(fā)現(xiàn)我們的framework、vc、main函數(shù)是如何加載的，load函數(shù)是如何被調(diào)用執(zhí)行的，這些都需要我們通過了解Dyld2來進行驗證（DYLD3的方式更加優(yōu)化，流程更加便捷）。

image

reloadAllImages: 往下就開始進行Dyld2的流程；實例化主程序sMainExecutable，這是dyld第一個加載的image；我們看一下instantiateFromLoadedImage() 跟蹤到最后我們發(fā)現(xiàn)了mach-O中加載segment與dylib的數(shù)量是有上限的，如果超過上限就會報錯。

image

checkVersionedPaths()檢查動態(tài)庫的版本;

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DYLD_INSERT_LIBRARIES 環(huán)境變量，作用是在dyld加載時允許插入動態(tài)庫，這個環(huán)境變量可以通過在root環(huán)境（越獄設(shè)備）下把自己的類庫加入到三方應(yīng)用中，從而實現(xiàn)代碼注入；這塊我先埋個伏筆，后續(xù)我會對iOS 防HOOK方面進行詳細的介紹。
link()鏈接主程序；

image

從 sAllImages 中一次鏈接動態(tài)庫，sAllImages[i+1] +1是因為上面已經(jīng)加載了dyld的image程序，所以下標從+1開始；
如果加載失敗了，需要再次回到 reloadAllImages 繼續(xù)執(zhí)行；

image

image->recursiveBind() 綁定插入的動態(tài)庫；

image

下面就來到最重要的 initializeMainExecutable() 初始化方法;雖然這么看只是一句簡單函數(shù)調(diào)用，其實這個函數(shù)涉及的步驟很多，我們根據(jù)剛才debug獲得信息大致能猜到，這個函數(shù)應(yīng)該是對Image（鏡像）進行處理，我們繼續(xù)前進。

圖片.png

1、跟進initializeMainExecutable() 我們看到的是一個循環(huán)，內(nèi)容是將所以的Image執(zhí)行初始化runInitializers函數(shù)。

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2、繼續(xù)跟進runInitializers（command+shift+O）然后繼續(xù)調(diào)用了processInitializers()函數(shù)。這里可能我們通過command+左鍵無法追蹤，我們使用command+shift+O 然后選擇即可。

image

3、繼續(xù)跟進processInitializers() 然后繼續(xù)調(diào)用了recursiveInitialization()函數(shù)。

image

4、繼續(xù)跟進recursiveInitialization()，我們把焦點放到notifySingle()上，

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5、到這步我們已經(jīng)距離結(jié)果越來越近了，繼續(xù)跟進notifySingle()，上面的內(nèi)容我們直接忽略，先關(guān)注這個函數(shù) (*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader()) sNotifyObjCInit是一個回調(diào)指針，我們搜索一下sNotifyObjCInit看看他是在什么時候被初始化的。通過搜索我們發(fā)現(xiàn)了sNotifyObjCInit是在registerObjCNotifiers函數(shù)下將第二個參數(shù)賦值給了它，因為是回調(diào)指針，我們?nèi)绻业搅薸nit這個函數(shù)就知道了具體是實現(xiàn)。

圖片.png

5-1、接下來我們就看是誰調(diào)用了registerObjCNotifiers()，通過搜索registerObjCNotifiers發(fā)現(xiàn)是由_dyld_objc_notify_register()這個函數(shù)調(diào)用它的，init參數(shù)都透傳過來的，我們還需要繼續(xù)追蹤是誰調(diào)用了dyld_objc_notify_register()？。

圖片.png

5-2、追蹤到dyld_objc_notify_register()函數(shù)這里，我們已無法從源碼中得到結(jié)果了，怎么辦呢？不要慌。我們需要插上真機，增加符號斷點進行調(diào)試，看看是否有結(jié)果。順利進入了debug后我們查看右側(cè)欄的調(diào)用順序，發(fā)現(xiàn)在dyld_objc_notify_register之前是調(diào)用的是_objc_init，那么我們就可以再去查看_objc_init函數(shù)。

圖片.png

5-3、打開objc源碼后我們command+shift+O搜索_objc_init，我馬上就能發(fā)現(xiàn)確實是_objc_init調(diào)用了_dyld_objc_notify_register，這時我們查看第二個參數(shù)load_images，這個就是init的真實實現(xiàn)，我們繼續(xù)跟蹤進去。

圖片.png

5-4、load_images()最后一句話調(diào)用了call_load_methods()函數(shù)，從名字我們就知道了這個是開始調(diào)用load方法了。

圖片.png

5-5、繼續(xù) call_load_methods() 函數(shù)，發(fā)現(xiàn)是通過循環(huán)將每個類的load函數(shù)進行了調(diào)用。

圖片.png

5-6、到這里notifySingle()函數(shù)全部執(zhí)行完畢，我們繼續(xù)往下看。
6、回到ImageLoader的recursiveInitialization函數(shù)中，this->doInitialization(context)；會調(diào)用全局C++對象的構(gòu)造函數(shù)attribute((constructor))的C函數(shù)

圖片.png

7、doInitialization() 內(nèi)部執(zhí)行 doModInitFunctions() 加載構(gòu)造函數(shù)。

圖片.png

8、以上執(zhí)行完畢之后就會回到我們最初的dyld的main函數(shù)了。

(4)、返回app主函數(shù)：

(uintptr_t)sMainExecutable->getEntryFromLC_MAIN() 找到主程序main函數(shù)；

圖片.png

最后一步返回result；

圖片.png

三、總結(jié)

3.1、簡要總結(jié)分析

始開從行執(zhí)序程
進入dyld:main函數(shù)
加載共享緩存
DYLD2 / DYLD3 (閉包模式)
- 實例化主程序
- 加載動態(tài)庫
- 鏈接主程序、綁定符號（優(yōu)先加載的是非懶加載、弱符號）等等
- 最關(guān)鍵的初始化方法initializeMainExecutable
  - dyld:ImageLoader::runInitializers
    - dyld:ImageLoader::processInitializers:
      - dyld:ImageLoader::recursiveInitialization:
        
        dyld:dyld::notifySingle:函數(shù)
        
        此函數(shù)執(zhí)行一個回調(diào)
        
        通過斷點調(diào)試：此回調(diào)是_objc_init初始化時賦值一個函數(shù)Load_images
        
        Load_images里面執(zhí)行class_load_methods函數(shù)
        
        call_class_loads函數(shù)：循環(huán)調(diào)用各類的load方法
        
        doModInitFunction函數(shù)
        
        內(nèi)部會調(diào)用全局C++對象的構(gòu)造函數(shù)attribute((constructor))的C函數(shù)
- 返回主程序的入口函數(shù)。開始進入主程序的main函數(shù)！

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DYLD 加載Mach-O的流程

DYLD 加載Mach-O的流程

背景

一、什么是Mach-O文件？

1.1、初識Mach-O

1.2、MachO的結(jié)構(gòu)：

1.3、如何找到Mach-O文件？

1.4、如何查看Mach-O文件？

二、DYLD

2.1、新建一個項目

2.2、如何找到DYLD的加載入口？

三、DYLD加載探究

3.1、前期準備資料：

3.2、分析過程：

3.2.1、start函數(shù)：

3.2.2、main函數(shù)：

(1)、初期配置：

(2)、加載共享緩存：

(3)、DYLD加載方式：

(3-1)、DYLD3方式：

(3-2)、DYLD2方式：

(4)、返回app主函數(shù)：

三、總結(jié)

3.1、簡要總結(jié)分析

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DYLD 加載Mach-O的流程

背景

一、什么是Mach-O文件？

1.1、初識Mach-O

1.2、MachO的結(jié)構(gòu)：

1.3、如何找到Mach-O文件？

1.4、如何查看Mach-O文件？

二、DYLD

2.1、新建一個項目

2.2、如何找到DYLD的加載入口？

三、DYLD加載探究

3.1、前期準備資料：

3.2、分析過程：

3.2.1、start函數(shù)：

3.2.2、main函數(shù)：

(1)、初期配置：

(2)、加載共享緩存：

(3)、DYLD加載方式：

(3-1)、DYLD3方式：

(3-2)、DYLD2方式：

(4)、返回app主函數(shù)：

三、總結(jié)

3.1、簡要總結(jié)分析

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一、什么是Mach-O文件？

1.1、初識Mach-O

1.2、MachO的結(jié)構(gòu)：

1.3、如何找到Mach-O文件？

1.4、如何查看Mach-O文件？

二、DYLD

2.1、新建一個項目

2.2、如何找到DYLD的加載入口？

三、DYLD加載探究

3.2.1、start函數(shù)：

3.2.2、main函數(shù)：

(2)、加載共享緩存：

(3-1)、DYLD3方式：

(3-2)、DYLD2方式：

(4)、返回app主函數(shù)：

3.1、簡要總結(jié)分析