3、iOS强化 --- Mach-O 文件

2021-03-02  本文已影响0人  Jax_YD

Mach-O(Mach Object)是macOS、iOS、iPadOS存储程序和库的文件合适。对应系统通过应用二进制接口(application binary interface，缩写为ABI) 来运行该格式的文件。

Mach-O格式用来代替BSD系统的a.out格式。Mach-O文件格式保存了在编译过程和链接过程中产生的机器代码和数据，从而为静态链接和动态链接的代码提供了单一文件格式。

除了\color{red}{可执行文件}之外，还有一些文件也是Mach-O格式，比如：

  • 目标文件.o
  • 库文件
    .a
    .dylib
    Framework
  • dyld（动态链接器）
  • .dsym（符号表）

由此我们知道，可执行文件只是Mach-O的一种，因此我们将Mach-O文件分为以下几种：

名称 注释
Mach-O Object 目标文件
Mach-O ececutable 可执行文件
Mach-O dynamically 动态库文件
Mach-O dynamic linker 动态链接器文件
Mach-O DSYM companion 符号表文件

通用二进制文件（Universal binary）

支持多架构的Mach-O ececutable(可执行文件)被称为：通用二进制文件，即多种架构都可读取运行。

通用二进制文件的拆分 与 组合

可以看到，目前test可执行程序支持arm64 和 arm_v7两种架构。
那么下面我们先进行文件拆分：

拆分Fat binary 
linpo mach-o文件名 -thin 要拆分的架构名 -output 拆分出来的文件名

拆分前的ipa包内容：

image.png
拆分后的ipa包内容：
image.png
⚠️ 拆分后源文件并不会发生改变，类似于从源文件中copy出来一个架构单一的二进制文件，注意这里不是单独的分离架构。
image.png
合并 Fat binary 
lipo -create macho_arm64 macho_armv7 -output newTest

合并之后的文件与原文件并无差异，我们可以通过哈希值也看一下：


image.png

Mach-O 文件结构

名字 注释
Mach Header (Mach-O头) 描述了Mach-O的CPU架构、文件类型以及加载命令等信息
Load Commands (加载命令) 描述了文件中数据的具体组织结构，不同的数据类型用不同的加载命令表示
Data (数据区) Data中每一个段 (Segment) 的数据都保存在这里，都拥有一个或多个Section，用来存储数据和代码
mach-o.png

⚠️ 既然Mach-O是二进制文件，那么它又是怎么知道哪一块内容是Load commands，哪一块又是Header的呢？
其实这里涉及到一个概念叫做结构体对齐，简单的讲就是：按照一定的规则组合到一起，再按照既定的规则拆分就可以了。

Mach Header
image.png
可以看到Mach Header里面有很多的Description(描述)那么对应的都是什么意思呢？
我们可以在工程中搜索一下，使用快捷键(command + shift + o) 搜索load.h文件，打开该文件，由于是当前是64位的，所以找到： 
/*
 * The 64-bit mach header appears at the very beginning of object files for
 * 64-bit architectures.
 */
struct mach_header_64 {
    uint32_t    magic;      /* mach magic number identifier */
    cpu_type_t  cputype;    /* cpu specifier */
    cpu_subtype_t   cpusubtype; /* machine specifier */
    uint32_t    filetype;   /* type of file */
    uint32_t    ncmds;      /* number of load commands */
    uint32_t    sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
    uint32_t    flags;      /* flags */
    uint32_t    reserved;   /* reserved */
};

在load.h文件中mach_header_64比mach_header(32位的头文件)多了一个保留字段

uint32_t    reserved;   /* reserved */

mach_header是链接器加载的时候最先读取的内容，它决定了一些基础架构，系统类型，指令条数等信息。

Load Commands

Load Commands 详细保存着加载指令的内容，告诉链接器如何去加载当前的Mach-O文件。
那么每一条Load Command对应的又是什么意思呢？
同样的我们也可以在load.h搜索的到，我们以LC_SEGMENT_64为例：

image.png
下面我们列举一些常见的：
名字 注释
LC_SEGMENT_64 将文件中的段映射到进程地址空间中
LC_DYLD_INFO_ONLY 加载动态链接库信息(重定向地址、弱引用绑定、懒加载绑定、开放函数等的偏移值信息)
LC_SYMTAB 载入符号表地址
LC_DYSYMTAB 载入动态符号表地址
LC_LOAD_DYLINKER 加载动态链接器
LC_UUID 唯一标识，crash解析中也会用到，检查dysm文件和crash文件是否匹配
LC_VERSION_MIN_MACOSX / LC_VERSION_MIN_IPHONEOS 二进制文件支持的最底操作系统版本
LC_SOURCE_VERSION 构建二进制文件使用的源代码版本
LC_MAIN 设置程序主线程的入口地址和栈大小(这也就是为什么我们的程序每次运行都是从main()进来的原因)
LC_ENCRYPTION_INFO_64 获取加密信息
LC_LOAD_DYLIB 加载额外的动态库
LC_FUNCTION_STARTS 函数起始地址表
LC_DATA_IN_CODE 定义在代码段(__text)内的非指令表
LC_CODE_SIGNATURE 应用的签名信息
Data

Data段又分为：__TEXT段 和 __DATA段

名字 注释
__text 主程序代码
__cstring C 语言字符串
__const const关键字修饰的常量
__stubs 用于Stub的占位代码，很多地方称之为桩代码
__stubs_helper 当Stub无法找到真正的符号地址后的最终指向
__objc_methname OC 方法名
__objc_methtype OC 方法类型
__objc_classname OC 类名
名字 注释
__got 全局偏移表
__la_symbol_ptr lazy binding的指针表，表中的指针一开始都指向__stub_helper
__cfstring 工程中使用的Core Foundation字符串(CFStringRefs)
__objc_classlist OC 类列表
__objc_protolist OC protocol列表
__objc_imginfo OC 镜像信息
__const 没有初始化过的常量
__objc_selfrefs OC 引用的SEL列表
__objc_protorefs OC 引用的protocol列表
__objc_superrefs OC 引用的父类列表
__objc_ivar OC ivar信息
__objc_data class信息
__bss BSS，存放 \color{red}{未初始化} 的全局变量，就是常说的静态内存分配
__data 初始化的可变数据

⚠️ 这里有一点大家需要注意，系统库的方法在我们自己的Mach-O文件里面是找不到的，它存放在共享缓存区。那么我们自己的Mach-O文件又怎么去调用这些系统方法实现呢？
这个问题我们再之后的文章中再做讨论。

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