Mach-O学习笔记

Mach-O文件结构

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• Header部分：描述文件基本信息（如CPU、架构、文件类型、加载命令个数）
• loadCommands部分：描述各个Data部分的内存分布，对系统内核加载器和动态连接器起指导作用

• Data部分：存放代码与数据

  • __PAGEZERO段：空指针陷阱段，映射到虚拟内存空间的第一页，用于捕捉对NULL指针的引用
  • __TEXT 段: 包含了执行代码以及其他只读数据的，当这个段被映射到内存后，可以被所有进程共享。（这主要用在frameworks, bundles和共享库等程序中，也可以为同一个可执行文件的多个进程拷贝使用）

  section	描述
  __text	代码实现
  __stubs	符号桩,本质上就是段会直接跳入到lazybinding的表的对应项指针指向的地址的代码
  __stubs_helper	辅助函数,上述lazybinding表中没有找到符号地址都指向这
  __cstring	C string字符串常量
  __ustring	Unicode string中文常量
  __objc_methname	OC方法名称
  __objc_classname	OC类名
  __objc_methtype	OC方法类型
  __entitlements	签名证书
  __unwid_info	用于存储异常情况信息
  __const	初始化的常量

  • __DATA段: 包含了程序数据，该段可写；

  section	描述
  __const	未始化的常量
  __bss	没有初始化和初始化为0 的全局变量
  __nl_symbol_prt / __got	非lazy-binding的指针表
  __la_symbol_prt	lazy-binding的指针表，每个表项中的指针一开始指向stub_helper
  __cfstring	CoreFoundation string
  __objc_classlist	OC类列表
  __objc_catlist	OC分类列表
  __objc_protollist	OC协议列表
  __objc_imageinfo	OC镜像信息
  __objc_const	OC类信息、方法列表、属性列表、变量列表
  __objc_selfrefs	OC类实例自引用(self)
  __objc_classfrefs	OC类类自引用
  __objc_superrefs	OC类超类引用(super)
  __objc_ivar	OC属性
  __objc_data	OC类ISA

  • __LINKEDIT段: 含有为动态链接库使用的原始数据，比如符号，字符串，重定位表条目等等。

App启动流程

1. 将Mach-O中Segment与符号表等数据映射到内存中
2. 调用dyld(the dynamic link editor)程序，动态链接器
3. 加载UUID与构建二进制是的的源码版本等信息
4. 设置程序主线程的main函数入口地址和栈大小
5. 设置依赖的动态库
6. 加载代码开始地址、代码段内的非指令的表、代码签名
7. 系统kernel做好启动程序的初始准备后，动态链接依赖库，并由runtime负责加载成objc定义的结构，所有初始化工作结束后，dyld调用真正的main函数

   1. 从kernel留下的原始调用栈引导和启动自己

   2. 将程序依赖的动态链接库递归加载进内存，系统有缓存机制

      1. 交由imageLoader读取image，其中包含了我们的类，方法等各种符号
      2. 由于runtime向dyld绑定了回调，当image加载到内存后，dyld会通知runtime进行处理
      3. runtime接手后调用map_images做解析和处理，接下来load_images中调用call_load_methods方法，遍历所有加载进来的Class，按继承层级依次调用Class的+load方法和Category的+load方法

   3. non-lazy符号立即link到可执行文件，lazy的存表里

   4. 找到可执行文件的main函数，准备参数并调用

   5. 程序执行中负责绑定lazy符号、提供runtime dynamic loading services、提供调试器接口。

   6. 程序main函数return后执行static terminator

   7. 某些场景下main函数结束后调libSystem的_exit函数。

参考

• dyld源码
• iOS 程序 main函数之前发生什么
• Mach-O文件介绍之loadcommand