dyld流程分析

在讲dyld流程之前,我先提一个问题,就是在我们程序运行的时候,在main函数之前,会先走ViewController的load方法, 再走C++的方法,这是为什么?

main函数来之前

带着这个问题,我们开始今天的探索之旅。

首先我们都知道在程序跑起来之前,依赖于很多库,比如说动态库和静态库,我们称为镜像文件images,这些库和文件在加载的时候都需要用到dyld程序进行链接,dyld是苹果的动态链接器,在程序加载前一个非常重要部分。链接完了之后就会生成一个可执行文件exec。 流程如下:

编译过程

那么明白这一点之后,接下来我们分析整个的流程必然就从dyld入手,dyld是开源的,先从苹果开发者官网下载一份dyld,我这里下载的是750.6版本。

dyld打开,打开之后发现里面东西很多,不知道从哪入手,不过看过我之前文章的人,我相信应该知道堆栈这个东西,就是bt,我们在load里面打个断点bt一下

load方法bt

bt之后我们可以看到最后一行的dyld_dyld_start,所以dyld入口就在_dyld_start`里面,接下来我们全局搜索找到相关源码

_dyld_start入口

找到相应的入口之后,可以看到是通过一些汇编写的,看不懂没关系,旁边有注释,看注释看到了这一句# call dyldbootstrap::start(app_mh, argc, argv, dyld_mh, &startGlue) ,这就好办了,这是一个C++的开始函数,我们跟过去

start入口函数

跟过来之后,我们看到这里有一个main,我们可以从堆栈里面看出这是第二个流程。我们点到main里面去。

调用的main函数

发现里面有大几百行代码,从头看到尾肯定不行, 那么看一下最后它最后的返回值是result,然后找到赋值的地方,发现主要是sMainExecutable这个主程序赋的值,那么接下来我们又开始找sMainExecutable这个玩意,最终发现它在6577行sMainExecutable = instantiateFromLoadedImage(mainExecutableMH, mainExecutableSlide, sExecPath);在这个地方进行了初始化,那么这个主程序是怎么进行初始化的呢,我们继续点到instantiateFromLoadedImage里面去看一看

instantiateFromLoadedImage源码

进入instantiateFromLoadedImage源码后,发现创建了一个ImageLoader实例对象,通过instantiateMainExecutable方法创建

再进到instantiateMainExecutable里面,其作用是为主可执行文件创建映像,返回一个ImageLoader类型的image对象,即主程序。其中sniffLoadCommands函数时获取Mach-O类型文件的Load Command的相关信息,并对其进行各种校验

instantiateMainExecutable源码

说到这里,我们的dyld究竟做了些什么事情, 主要分为以下几步:

1、环境变量的配置(根据环境变量设置相应的值以及获取当前运行架构)


环境变量的配置

2、检查共享缓存 (检查是否开启,以及共享缓存是否映射到共享区域,例如UIKit、CoreFoundation等)


检查共享缓存

3、主程序的初始化 (调用instantiateFromLoadedImage函数实例化了一个ImageLoader对象)


主程序的初始化

4、 加入动态库(遍历DYLD_INSERT_LIBRARIES环境变量,调用loadInsertedDylib)


加入动态库

5、link 链接主程序


链接主程序

6、link 链接动态库


链接动态库

7、main()(把链接起来的所有东西运行起来,并发送通知)

main()

那么我们是怎么进行initializers初始化的呢,我们点进去看一下

initializeMainExecutable

来到initializeMainExecutable里面之后,我们看到主要是循环遍历,执行runInitializers方法。 我们再全局搜索runInitializers(cons,找到源码,其核心代码是processInitializers函数的调用

runInitializers源码实现

继续全局搜索processInitializers,来到processInitializers函数源码实现

processInitializers源码实现

这里重点在594行,对我们的镜像列表调用recursiveInitialization进行递归实例化,我们继续全局搜索recursiveInitialization一探到底

image.png

这个地方有两个重点,第一个重点是1595行和1603号都调用了notifySingle,并传入了dyld_image。 第二个重点是1598行this->doInitialization(context);,我们先来看看notifySingle做了什么操作

notifySingle源码

这里的重点是(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());这一句,然后再全局搜索sNotifyObjCInit,发现没有找到实现,只有赋值的操作

sNotifyObjCInit赋值的地方

接着我们搜索registerObjCNotifiers在哪个地方调用了,结果发现在_dyld_objc_notify_register调用了

搜索registerObjCNotifiers在哪调用

_dyld_objc_notify_register这个函数不知道大家熟不熟悉,反正它离我们很近,结果在我们libobjc源码中一搜索,就在我们的_objc_init里面

_dyld_objc_notify_register所在位置

看到这里,sNotifyObjCInit的赋值的就是来自objc中的load_images,那么_objc_init是什么时候调用的呢,接下来我们回到上面说的二个重点的第二个重点this->doInitialization(context);

我们进入到doInitialization源码实现

doInitialization源码实现

这里有两句重点,我们先来看第一句doImageInit

doImageInit源码实现

进入到doImageInit之后,其核心主要是for循环加载方法的调用,这里需要注意的一点是,libSystem库的要求很高,需要先初始化运行,这里也标了注释libSystem initializer must run first

再来看看doModInitFunctions源码,这个方法中加载了所有Cxx文件

doModInitFunctions源码

说了这么多,现在在load方法打个断点来看看堆栈和整个初始化过程

堆栈和初始化过程

虽然把整个堆栈过程打印出来了,但是没有看到_objc_init的调用,我们再加个符号断点看一下

_objc_init

来到_objc_init之后,前面的流程都一样,来看一下libSystem_initializer。在libsystem工程中查找libSystem_initializer,查看源码实现

libSystem_initializer源码实现

来到这个源码之后,我们看到走了libdispatch_init函数,在我们初始化过程里面

libdispatch_init

这个函数在libSystem_initializer前面,源码是在libdispatch.dylib开源库中的,接下来我们找到libdispatch搜索libdispatch_init,找到实现的源码如图:

libdispatch_init源码
初始化过程

libdispatch_init源码里我们看到了_os_object_init,也在我们初始化过程里面,我们继续跟过去

_os_object_init源码实现

跟过来之后,发现第一句就调用了_objc_init_objc_init里面又调用了_dyld_objc_notify_register进行注册,传了第二个参数load_images。 注册了之后回到dyld里面的notifySingle, 然后会跳到sNotifyObjCInit = 参数2 调用sNotifyObjcInit(),形成了一个闭环

看到这里,总的流程总算是看完了,我这篇文章截图代码没有注释,所以不一定要搞懂代码的意思,只需了解dyld大致流程即可,毕竟这些代码没几个人能玩的通转。 整个流程如图:

dyld流程图

明白了dyld的整体流程之后,我们再来看文章开始前提到的一个问题就很好分析了

首先在程序加载的时候来到objc_init调用_dyld_objc_notify_register

_objc_init

然后执行load_imagesload_images里面有call_load_methods-> call_class_loads -> (*load_method)(cls, @selector(load)) 调用所有类的load

调用完load之后会来到doInitialization里面的doModInitFunctions,在doModInitFunctions会调用所有Cxx函数

doInitialization

可以打断点bt验证一下

Cxx bt分析

走完Cxx函数之后我们接着往下走

读寄存器

走完之后会回到_dyld_start,此时register read读一下寄存器, rax 已经是main at main.m:15,然后循环完之后会jmpq跳到main函数里面。

这就是为什么调用顺序是load -> Cxx -> main

最后注意一点,main是写定的函数,写入内存,读取到dyld,所以main函数的名称是不能改的,改了就会报错

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