APP启动过程详解+优化（二进制重排）

2021-02-04 本文已影响0人冼同学

APP的启动过程

冷启动：APP在完全杀死的状态，需要系统新创建一个进程分配给它的情况。这是一次完整的启动过程。(二进制重排主要针对冷启动的优化)

热启动：App 在冷启动后，用户将App 退到后台，即在App的进程还在系统里的情况下，用户重新启动进入 App 的过程，这个过程做的事情非常少，启动速度非常快。

启动时间的组成

启动时间得可以根据main()函数前后进行划分，大致分为以下时间段。

1.t1阶段，main()之前的处理所需时间，称为pre-main。

2.t2阶段，main()及main()之后处理所需时间。

3.首屏渲染完成后。

测量 pre-main 时间

Edit scheme -> Run -> Auguments 添加环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS，value设为YES（图1）。

图1

然后启动项目，就可以看到各方面的时长（图2）。

图2

由图2可以知道 t1阶段：pre-main流程如下（图3）：

图3

加载dylib：

加载可执行文件（App 的.o 文件的集合），加载动态链接库。

在dylib的加载过程中系统为了安全考虑引入了ASLR（Address Space Layout Randomization）技术和代码签名。

ASLR技术：镜像Image、可执行文件、dylib、bundle在加载的时候会在其指向的地址（preferred_address）前面添加一个随机数偏差（slide），防止应用内部地址被定位。

rebase/bind

dylib加载完成之后，它们处于相互独立的状态，需要绑定起来。

rebase：将镜像读入内存，修正镜像内部的指针，性能消耗主要在IO。（结合ASLR偏移量，计算好地址）。

bind:查询符号表，进行方法绑定，修正镜像内部的指针。

Objc Set Up

Objc 运行时的初始化处理，包括 Objc 相关类的注册、category 注册、selector 唯一性检查等；

initializer

initializer：初始化，包括了执行 +load() 方法、attribute((constructor)) 修饰的函数的调用、创建 C++ 静态全局变量。

总结：结果上面的分析，得到得优化方案有：

1.减少动态库加载，每个动态库都有其的依赖关系。

2.减少加载启动后不会去使用的类或者方法。

3.+load方法的内容尽量在加载完成后执行，或使用 +initialize()方法替换掉，尽量进行懒加载。

注意：在进行二进制重排之前我们还需要知道内存是怎么操作的。

内存管理

内存是分页管理的，映射表（虚拟内存）不是以字节为单位，是以页为单位的。macOS，Linux一页的大小为4k，iOS是一页大小为16k。

物理内存

早期的计算机没有虚拟内存这一说，系统的程序运行都会全部加载到内存中，这样子就会造成了大量资源的浪费。如果内存不够，程序将无法打开。必须先关闭前面的部分应用才能继续开启，这样子性能就会存在很大的问题。其次，因为程序放到了物理内存且内存地址是连续性的，别人通过其他运行中的软件访问到物理内存的话，就会跨程序访问到其他程序的物理内存，找到对应的点进行攻击，这里也是一个非常大的安全问题。如图4：

图4

虚拟内存

针对物理内存的种种问题与弊端，工程师们就提出了虚拟内存，完美的解决了以上的问题。首先我们的程序加载时候会进行模块化（分页）处理，生成了一张 虚拟内存和物理内存关联的表 --映射表（地址为0 - 4G）。图5：

图5

当App需要使用某一块虚拟内存的地址时，会通过这张表查询该虚拟地址是否已经在物理内存中申请了空间。如果已经申请了则通过表的记录访问物理内存地址，如果没有申请则申请一块物理内存空间并记录在表中（Page）。这个通过进程映射表映射到不同的物理内存空间的操作叫地址翻译，这个过程需要CPU和操作系统配合。(注意：分页的首地址不是从映射表的0开始的，虚拟内存地址分配还会涉及到 ASLR)

分页异常（Page Fault）

在分页加载的过程中，当分内没有存在内存的时候，系统就会阻塞该进程，将磁盘中对应Page的数据加载到内存，把虚拟内存指向物理内存。在启动的过程中会存在大量得分页异常，就会重复大量的做阻塞和重载操作，那么为了解决这问题，就引入了二进制重排。

补充：如果我们的内存加载满了，内存就会根据程序的活跃度来释放分页。平时我们放久的微信重新进去就会被移除内存，会出现冷启动的现象。