dyld 載入 Mach-O

原文出自【聽雲技術部落格】：http://blog.tingyun.com/web/article/detail/1346

前言

最近看 ObjC的runtime 是怎麼實現 +load 鉤子函式的實現。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 中是如何被載入到記憶體中的;

2.分析了 +load 的 特殊載入時機；

+ load

上圖的呼叫棧告訴我們哪些函式被呼叫了。

dyld 是Apple 的動態連結器；在 xnu 核心為程式啟動做好準備後，就會將 PC 控制權交給 dyld 負責剩下的工作 （dyld 是執行在 使用者態的， 這裡由 核心態 切到了使用者態）。

每當有新的映象載入之後，都會執行 load-images 方法進行回撥，這裡的回撥是在整個ObjC runtime 初始化時 -objc-init 註冊的 :

有新的映象被 map 到 runtime 時，呼叫 load-images 方法，並傳入最新映象的資訊列表 infoList：

這裡的映象就是 一些 System framework 的二進位制。

進入 下圖函式 load-images-nolock 查詢 load 函式

呼叫 prepare-load-methods 對 load 方法的呼叫進行準備（將需要呼叫 load 方法的類新增到一個列表中)

呼叫 -getObjc2NonlazyClassList 獲取所有的類的列表之後，會通過 remapClass 獲取類對應的指標，然後呼叫 schedule-class-load 遞迴地 將當前類和沒有呼叫 + load 父類進入列表。

在執行 add-class-to-loadable-list(cls) 將當前類加入載入列表之前，會先把父類加入待載入的列表，保證父類在子類前呼叫 load 方法。

在將映象載入到執行時、對 load 方法的準備就緒，執行 call-load-methods，開始呼叫 load 方法：

其中 call-class-loads 會從一個待載入的類列表 loadable-classes 中尋找對應的類，然後找到 @selector(load) 的實現並執行。

分析到這裡，已經能得知 load 函式是如何被呼叫的。

接下來分析 dyld 這部分怎麼載入映象的

1.1 資料結構

mach-o 檔案頭 操作。

1.2 ImageLoader

每一個載入的 Mach-O 檔案都會存在這樣一個ImageLoader 的 例項，上圖可以看出 這裡ImageLoader是一個抽象類，每一種具體的Mach-O 檔案都會繼承 ImageLoader類， 繼承關係 如下圖：

在載入時會根據Mach-O的格式不同選擇生成不用的例項。

1.3 -main

在呼叫-main 函式之後，做了一下幾件事情：

選擇執行環境（iOS 模擬器）

初始化資料、設定全域性變數、上下文資訊

檢查檔案是否Restricted

走完這些流程，就會呼叫 instantiateFromLoadedImage 函式，開始載入Mach-O 並且例項化 為 ImageLoader。

1.4 instantiateFromLoadedImage

這個函式做了三件事情：

檢查Mach-O 檔案是否合法

初始化 ImageLoader 例項

呼叫addImage 函式新增 初始化後的例項到管理模組中

1.5 isCompatibleMachO

Mach-O 檔案的合法性檢查：

mach-header 中的 cputype與當前執行的CPU 版本是否支援

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

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

7.png

該函式主要通過 sniffLoadCommands 函式來判斷 Mach-O 檔案是否是壓縮過的，然後分別 選擇不同的 子類例項化。

1.7 sniffLoadCommands

這個函式主要做兩件事情

判斷Mach-O檔案是classic的還是compressed的。

獲取mach-O檔案的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

可以看到載入的核心程式碼 還在 instantiateStart 函式中

1.9 instantiateStart

這裡仍然沒有出現載入的核心程式碼，只是根據之前獲得的資料申請分配了記憶體，並計算 segments的 指標。 ImageLoaderMachOClassic 的建構函式才是載入 的核心邏輯。

2.0 ImageLoaderMachOClassic

根據Mach-O 檔案 segments 將資料載入到 記憶體中， 任何返回 呼叫 addImage 函式。

2.1 addImage

這個函式只是做了資料更新

將image 新增到管理容器中

更新了記憶體分佈的資訊

end

整個載入過程基本分為三個步驟：

合法加測

解析Mach-O檔案頭資訊，將segments 的具體資訊 構建到image 的例項中

新增image 到管理容器

根據 dyld的原始碼的粗略分析， 更多資訊需要分析 xnu 核心程式碼。

參考

ObjC runtime 原始碼

dyld 原始碼

《Mac OSX and iOS Internals》