《iOS底層原理文章匯總》
上一篇文章iOS-逆向11-代碼注入得知，要想動態(tài)注入，必須要修改MachO文件，通過工具yololib使其中能增加一行自定義的動態(tài)庫的路徑，才能動態(tài)注入自己的代碼，從而達(dá)到hook的目的，MachO文件的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？

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1.MachO文件

Mach-O其實是Mach Object文件格式的縮寫，是mac以及iOS上可執(zhí)行文件的格式， 類似于windows上的PE格式 (Portable Executable ), linux上的elf格式 (Executable and Linking Format)

2.MachO文件格式

Mach-O為Mach object文件格式的縮寫，它是一種用于可執(zhí)行文件、目標(biāo)代碼、動態(tài)庫的文件格式。作為a.out格式的替代，Mach-O提供了更強的擴展性。
屬于MachO格式的常見文件
目標(biāo)文件.o
庫文件
.a
.dylib
Framework
可執(zhí)行文件
dyld
.dsym
File指令
通過 $file 文件路徑 查看文件類型

3.目標(biāo)文件.o

I.單個c文件通過clang(llvm的前端)編譯為.o文件

• 打開Xcode->Cmd+N新建test.c文件,編寫main函數(shù)

  
  
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#include <stdio.h>
int main(){
    printf("test\n");
    return 0;
}

• 通過clang -o test.c生成test.o文件，通過file指令查看test.o的文件結(jié)構(gòu)屬于Mach-O文件，架構(gòu)為x86-64位處理器

  
  
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• 再次執(zhí)行clang test.o將.o文件編譯為可執(zhí)行文a.out,是可執(zhí)行文件executable,不再是object文件

  
  
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• 也可以通過clang -o test2 test.c一次性將test.c編譯生成可執(zhí)行文件
  也可以通過clang -o test3 test.o將.o文件編譯生成可執(zhí)行文件
  a.out、test2、test3屬于同一個文件，哈希值相等只是文件名不相同,改后綴名后哈希值仍然相等

  
  
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  源文件到可執(zhí)行文件的中間產(chǎn)物是.o文件

II.項目中會存在多個.c文件,兩個.c文件，test.c和test1.c文件，test.c中會調(diào)用test1.c中的方法

執(zhí)行clang -o demo test1.c test.c
./demo輸入
test
test1

//  test.c
#include <stdio.h>
void test1();
int main(){
    printf("test\n");
    test1();
    return 0;
}
//  test1.c
#include <stdio.h>
void test1(){
    printf("test1\n");
}

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4.庫文件

I.以.a文件結(jié)尾的動態(tài)庫靜態(tài)庫文件,查找.a文件,find /usr -name "*.a"

發(fā)現(xiàn)libpython3.9.a是動態(tài)庫可執(zhí)行文件

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發(fā)現(xiàn)libx264.a、libSDL2.a、libfdk-aac.a是靜態(tài)庫可執(zhí)行文件

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II.以.dylib結(jié)尾的dylib也是MachO文件

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III.dyld動態(tài)鏈接器文件,系統(tǒng)內(nèi)核觸發(fā)dyld

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IV.dsym文件，App打包時生成,edit schemes中修改為release模式下，build編譯,App包統(tǒng)計目錄下生成Demo.app.dSYM，若遇到崩潰根據(jù)堆棧信息，要用此符號文件進行排查分析拿到方法名稱

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Demo.app.dSYM也是一個包，右鍵顯示包內(nèi)容，有一個Demo的MachO文件

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5.MachO文件架構(gòu)

MachO-Type類型,Build Settings中查看，生成的文件類型

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iOS11.0以上的系統(tǒng)只支持arm64架構(gòu)，32位的架構(gòu)在11.0的系統(tǒng)安裝不了了，無法適配
若將DeploymentInfo改為支持iOS9.0以上，則會出現(xiàn)armv7和arm64架構(gòu)

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6.通用二進制文件(Universal binary)

蘋果公司提出的一種程序代碼。能同時適用多種架構(gòu)的二進制文件
同一個程序包中同時為多種架構(gòu)提供最理想的性能。
因為需要儲存多種代碼，通用二進制應(yīng)用程序通常比單一平臺二進制的程序要大。
但是 由于兩種架構(gòu)有共通的非執(zhí)行資源(代碼以外的)，所以并不會達(dá)到單一版本的兩倍之多。
而且由于執(zhí)行中只調(diào)用一部分代碼，運行起來也不需要額外的內(nèi)存。

支持armv7s、armv7和arm64文件架構(gòu)的二進制文件是通用二進制文件

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當(dāng)用hopper打開Demo可執(zhí)行文件時，會提示是Fat archive,表示是通用二進制文件，選擇一種，hopper會分析選擇的其中一種

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• lipo命令
  使用lifo -info 可以查看MachO文件包含的架構(gòu)
  lipo MachO文件 –thin 架構(gòu) –output 輸出文件路徑
  使用lipo -create 合并多種架構(gòu)
  $lipo -create MachO1 MachO2 -output 輸出文件路徑

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7.MachO文件結(jié)構(gòu)

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Mach-O 的組成結(jié)構(gòu)如圖所示包括了
Header 包含該二進制文件的一般信息
字節(jié)順序、架構(gòu)類型、加載指令的數(shù)量等。
使得可以快速確認(rèn)一些信息，比如當(dāng)前文件用于32位還是64位，對應(yīng)的處理器是什么、文件類型是什么
Load commands 一張包含很多內(nèi)容的表
內(nèi)容包括區(qū)域的位置、符號表、動態(tài)符號表等。
Data 通常是對象文件中最大的部分
包含Segement的具體數(shù)據(jù)

• 通用二進制文件會有多個上述圖中的結(jié)構(gòu)，armv7一個，arm64一個，armv7s一個
• 可通過otool查看MachO中的數(shù)據(jù),otool指令如下

Usage: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/otool [-arch arch_type] [-fahlLDtdorSTMRIHGvVcXmqQjCP] [-mcpu=arg] [--version] <object file> ...
    -f print the fat headers
    -a print the archive header
    -h print the mach header
    -l print the load commands
    -L print shared libraries used
    -D print shared library id name
    -t print the text section (disassemble with -v)
    -x print all text sections (disassemble with -v)
    -p <routine name>  start dissassemble from routine name
    -s <segname> <sectname> print contents of section
    -d print the data section
    -o print the Objective-C segment
    -r print the relocation entries
    -S print the table of contents of a library (obsolete)
    -T print the table of contents of a dynamic shared library (obsolete)
    -M print the module table of a dynamic shared library (obsolete)
    -R print the reference table of a dynamic shared library (obsolete)
    -I print the indirect symbol table
    -H print the two-level hints table (obsolete)
    -G print the data in code table
    -v print verbosely (symbolically) when possible
    -V print disassembled operands symbolically
    -c print argument strings of a core file
    -X print no leading addresses or headers
    -m don't use archive(member) syntax
    -B force Thumb disassembly (ARM objects only)
    -q use llvm's disassembler (the default)
    -Q use otool(1)'s disassembler
    -mcpu=arg use `arg' as the cpu for disassembly
    -j print opcode bytes
    -P print the info plist section as strings
    -C print linker optimization hints
    --version print the version of /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/otool

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otool -f Demo,查看MachO文件頭信息，Demo是通用二進制文件支持三種架構(gòu)

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8.MachOView查看MachO文件

Fat Binary中有三種不同的架構(gòu)armv7,armv7s,arm64
首先是Fat Header，cputype=12表示ARM架構(gòu)CPU_TYPE_ARM,
cpusubtype=9(小端模式00000009)表示CPU_SUBTYPE_ARM_V7
cpusubtype=11(小端模式0000000B)表示CPU_SUBTYPE_ARM_V7S
cpusubtype=0(小端模式00000000)表示CPU_SUBTYPE_ARM64_ALL

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每種架構(gòu)的偏移地址Offset和Size相加后會有間隔，是因為分頁的原因，iOS中每頁的大小為16k,MacOS中每頁大小為4K

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64位環(huán)境中PAGEZERO占用4G的空間0xffffffff,后面的所有指令都從0xffffffff00000001開始,目的是和32位指令隔開，插入PAGEZERO后和32位指令不會有重疊，這是PAGEZERO的目的，64位和32位做區(qū)分，在內(nèi)存中執(zhí)行時和32位完全隔離，是一個空區(qū)域分割區(qū)，讓內(nèi)存地址加上0xffffffff=4294967296,所有的數(shù)據(jù)往后移，和32位架構(gòu)的指令不重復(fù)，如果有數(shù)據(jù)指向PAGEZERO為空，里面是不放數(shù)據(jù)的
早期的架構(gòu)armv7和armv7s的PAGEZERO為16384

64位大小的地址
0x12345678a2345678
32位大小的地址
0x12345678
0xffffffff=4G 

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9.MachO Header

• Header的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可在loader.h文件中查看

  
  
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  filetype文件類型

  
  
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10.Load Commands

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DATA部分由三部分組成，SECTION TEXT代碼段，SECTION DATA數(shù)據(jù)段，LINKEDIT,指明起始位置，偏移位置

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ASLR，操作系統(tǒng)為每一個進程分配隨機的ASLR,
應(yīng)用程序加載進內(nèi)存中時，實際地址=ASLR+Rebase Info Size，在MachO指定后，方便應(yīng)用程序
加載進內(nèi)存后調(diào)用，編譯時期生成的是偏移地址Rebase Info
Offset，表示在整個MachO文件中偏移多少，程序在第一次加載進內(nèi)存中時根據(jù)ASLR+Rebase Info Offset

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匯編跳轉(zhuǎn)bl，在編譯時期生成的是偏移地址，在文件中偏移多少，運行時期的地址每次都變化，重定向改變的是匯編代碼

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重定向改變的是匯編代碼，地址前的0x1表示PAGEZERO

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每一段數(shù)據(jù)以頁為單位

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11.DATA數(shù)據(jù)段

Load Commands中已經(jīng)指明了DATA數(shù)據(jù)段包括三部分內(nèi)容

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TEXT段可以通過工具objdump --macho -d Demo查看到

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Symbol Stubs和Assembly結(jié)合起來做符號綁定

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