dyld 加載 Mach-O

原文出自【聽云技術博客】：http://blog.tingyun.com/web/article/detail/1346

前言

最近看 ObjC的runtime 是怎么實現 +load 鉤子函數的實現。進而引申分析了 dyld 處理 Mach-O 的這部分機制。

1.簡單分析 Mach-O 在dyld 中是如何被加載到內存中的;

2.分析了 +load 的 特殊加載時機；

+ load

上圖的調用棧告訴我們哪些函數被調用了。

dyld 是Apple 的動態鏈接器；在 xnu 內核為程序啟動做好準備后，就會將 PC 控制權交給 dyld 負責剩下的工作 （dyld 是運行在 用戶態的， 這里由 內核態 切到了用戶態）。

每當有新的鏡像加載之后，都會執行 load-p_w_picpaths 方法進行回調，這里的回調是在整個ObjC runtime 初始化時 -objc-init 注冊的 :

有新的鏡像被 map 到 runtime 時，調用 load-p_w_picpaths 方法，并傳入最新鏡像的信息列表 infoList：

這里的鏡像就是 一些 System framework 的二進制。

進入 下圖函數 load-p_w_picpaths-nolock 查找 load 函數

調用 prepare-load-methods 對 load 方法的調用進行準備（將需要調用 load 方法的類添加到一個列表中)

調用 -getObjc2NonlazyClassList 獲取所有的類的列表之后，會通過 remapClass 獲取類對應的指針，然后調用 schedule-class-load 遞歸地 將當前類和沒有調用 + load 父類進入列表。

在執行 add-class-to-loadable-list(cls) 將當前類加入加載列表之前，會先把父類加入待加載的列表，保證父類在子類前調用 load 方法。

在將鏡像加載到運行時、對 load 方法的準備就緒，執行 call-load-methods，開始調用 load 方法：

其中 call-class-loads 會從一個待加載的類列表 loadable-classes 中尋找對應的類，然后找到 @selector(load) 的實現并執行。

分析到這里，已經能得知 load 函數是如何被調用的。

接下來分析 dyld 這部分怎么加載鏡像的

1.1 數據結構

mach-o 文件頭 操作。 

1.2 ImageLoader

每一個加載的 Mach-O 文件都會存在這樣一個ImageLoader 的 實例，上圖可以看出 這里ImageLoader是一個抽象類，每一種具體的Mach-O 文件都會繼承 ImageLoader類， 繼承關系 如下圖：

 在加載時會根據Mach-O的格式不同選擇生成不用的實例。

1.3 -main

在調用-main 函數之后，做了一下幾件事情：

1. 選擇運行環境（iOS 模擬器）

2. 初始化數據、設置全局變量、上下文信息

3. 檢查文件是否Restricted

走完這些流程，就會調用 instantiateFromLoadedImage 函數，開始加載Mach-O 并且實例化 為 ImageLoader。

1.4 instantiateFromLoadedImage

這個函數做了三件事情： 

1. 檢查Mach-O 文件是否合法 

2. 初始化 ImageLoader 實例 

3. 調用addImage 函數添加 初始化后的實例到管理模塊中
   

1.5 isCompatibleMachO

Mach-O 文件的合法性檢查： 

1. mach-header 中的 cputype與當前運行的CPU 版本是否支持

2. mach-header 中的 subtype 在該CPU 架構下的所有版本都可以支持
   

cputype 就是CPU 平臺， x86，ARM ，POWERPC 等， 而subtype 就是同一個平臺下的不同版本， 例如：arm7，arm7.

1.6 ImageLoaderMachO: : instantiateMainExecutable

該函數主要通過 sniffLoadCommands 函數來判斷 Mach-O 文件是否是壓縮過的，然后分別 選擇不同的 子類實例化。 

1.7 sniffLoadCommands

這個函數主要做兩件事情 

1. 判斷Mach-O文件是classic的還是compressed的。 

2. 獲取mach-O文件的segment的數量。
   

1.8 ImageLoaderMachOClassic: :instantiateMainExecutable

classic 與 compressed 的初始化大同小異，先分析Classic 的實現 

可以看到加載的核心代碼 還在 instantiateStart 函數中

1.9 instantiateStart

這里仍然沒有出現加載的核心代碼，只是根據之前獲得的數據申請分配了內存，并計算 segments的 指針。 ImageLoaderMachOClassic 的構造函數才是加載 的核心邏輯。

2.0 ImageLoaderMachOClassic

根據Mach-O 文件 segments 將數據加載到 內存中， 任何返回 調用 addImage 函數。

2.1 addImage

這個函數只是做了數據更新 

1. 將p_w_picpath 添加到管理容器中

2. 更新了內存分布的信息
   

end

整個加載過程基本分為三個步驟：

1. 合法加測

2. 解析Mach-O文件頭信息，將segments 的具體信息 構建到p_w_picpath 的實例中

3. 添加p_w_picpath 到管理容器
   

根據 dyld的源代碼的粗略分析， 更多信息需要分析 xnu 內核代碼。

參考

ObjC runtime 源代碼

dyld 源代碼

《Mac OSX and iOS Internals》