iOS 應用程序加載

1. APP 加載分析

1.1 動靜態庫

app依賴很多底層庫，底層庫是很什麼？

可執行的代碼的二進制，可以被操作系統寫入到內存
庫分爲幾種？
靜態庫: .a .lib，動態庫: framework .so .dll
動靜態庫的區別？

靜態庫：在鏈接階段，會將彙編生成的目標文件與引用的庫一起鏈接打包到可執行文件中，可能會重複編譯多次

動態庫：程序編譯並不會鏈接到目標代碼中，而是程序運行時才被載入。
優勢：減少打包之後APP的大小，共享內容，節約資源，通過更新動態庫，達到更新程序的目的。
常見動態庫：UIKit，libdispatch、libobj.dyld

編譯過程：

動靜態庫示例：

1.2 加載過程

2.`_dyld_start` 分析

通過在+ (void)load方法中添斷點，查看調用堆棧，通過彙編查看，在程序啓動的時，調用dyldbootstrap::start(dyld3::MachOLoaded const*, int, char const**, dyld3::MachOLoaded const*, unsigned long*)，那麼在這之前還有一系列操作，

通過bt，查看調用堆棧

接下來我們分析一下_dyld_start,查看dyld源碼，全局搜索_dyld_start,發現會跳轉dyldbootstrap::start 方法，爲c++方法，

全局搜索start(，找到start方法，

uintptr_t start(const struct macho_header* appsMachHeader, int argc, const char* argv[], 
				intptr_t slide, const struct macho_header* dyldsMachHeader,
				uintptr_t* startGlue)
{
	// if kernel had to slide dyld, we need to fix up load sensitive locations
	// we have to do this before using any global variables
    slide = slideOfMainExecutable(dyldsMachHeader);
    bool shouldRebase = slide != 0;
#if __has_feature(ptrauth_calls)
    shouldRebase = true;
#endif
    if ( shouldRebase ) {
        rebaseDyld(dyldsMachHeader, slide);
    }

	// allow dyld to use mach messaging
	mach_init();

	// kernel sets up env pointer to be just past end of agv array
	const char** envp = &argv[argc+1];
	
	// kernel sets up apple pointer to be just past end of envp array
	const char** apple = envp;
	while(*apple != NULL) { ++apple; }
	++apple;

	// set up random value for stack canary
	__guard_setup(apple);

#if DYLD_INITIALIZER_SUPPORT
	// run all C++ initializers inside dyld
	runDyldInitializers(dyldsMachHeader, slide, argc, argv, envp, apple);
#endif

	// now that we are done bootstrapping dyld, call dyld's main
	uintptr_t appsSlide = slideOfMainExecutable(appsMachHeader);
	return dyld::_main(appsMachHeader, appsSlide, argc, argv, envp, apple, startGlue);
}

進入dyld::_main(),

環境變量相關處理，先從環境中獲取主可執行文件的cdHash, checkEnvironmentVariables(envp);，然後defaultUninitializedFallbackPaths(envp);
加載共享資源checkSharedRegionDisable((dyld3::MachOLoaded*)mainExecutableMH, mainExecutableSlide);
將dyld本身，添加到UUID列表

reloadAllImages
運行所有初始化程序initializeMainExecutable()
通知監聽dyld的main，然後進入main函數。

2.1 `reloadAllImages` 分析

1.實例化主程序

CRSetCrashLogMessage(sLoadingCrashMessage);
// instantiate ImageLoader for main executable
sMainExecutable = instantiateFromLoadedImage(mainExecutableMH, mainExecutableSlide, sExecPath);
gLinkContext.mainExecutable = sMainExecutable;
gLinkContext.mainExecutableCodeSigned = hasCodeSignatureLoadCommand(mainExecutableMH);

instantiateFromLoadedImage 方法中

先讀取image, addImage（）讀取加載鏡像文件。

加載任何插入動態庫loadInsertedDylib(*lib)，讀取爲image。

鏈接庫，遍歷代碼iamge，然後link。

在link的過程中，會遞歸，插入任何動態加載的鏡像文件

2.2 `initializeMainExecutable` 運行所有初始化程序

initializeMainExecutable方法：

在initializeMainExecutable 方法中，runInitializers運行主程序的可執行文件，在runInitializers方法中，代碼如下：

在processInitializers方法中，進行初始化準備，遍歷iamge.count，遞歸一個個開始初始化條件images[i]->recursiveInitialization，代碼如下：

在recursiveInitialization 中，通過上下文的notifySingle方法，通知要進行單個鏡像的初始化。

而notifySingle方法是怎麼進行通知呢？

通過查看notifySingle()方法，在此方法中，通過(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());獲取鏡像文件的真實地址，如下圖：

那麼sNotifyObjCInit指針地址又是什麼時候傳進來的呢？
通過搜索發現sNotifyObjCInit是在registerObjCNotifiers()方法中進行賦值，而registerObjCNotifiers()方法又是在_dyld_objc_notify_register()方法中調用，通過傳進來的init地址，回調函數，最終加載鏡像文件

那麼_dyld_objc_notify_register方法是在什麼時候調用，給sNotifyObjCInit賦值，讓(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());回調函數有意義，將鏡像文件傳遞回去呢？接下來我們查看一下libobjc源碼

由此猜測：是在_objc_init()方法中，註冊通知，傳入函數地址，然後最終回調鏡像文件的。那麼這個回調地址又是怎樣在dyld庫和libobjc之間傳遞的呢？

在_objc_init()方法中斷點，然後bt，打印堆棧信息如下：

這也從另一個方面進一步驗證了上面所說的啓動流程，當在recursiveInitialization方法中通過notifySingle進行通知要初始化鏡像文件，此時，sNotifyObjCInit爲nil，則調用無意義，無法完成通知。

那麼在notifySingle之後，調用了this->doInitialization(context)，也驗證了調用堆棧，

在doInitialization 方法中，

bool ImageLoaderMachO::doInitialization(const LinkContext& context)
{
	CRSetCrashLogMessage2(this->getPath());

	// mach-o has -init and static initializers
	doImageInit(context);
	doModInitFunctions(context);
	
	CRSetCrashLogMessage2(NULL);
	
	return (fHasDashInit || fHasInitializers);
}

先調用doImageInit(context)，確保libSystem庫必須提前初始化完成。

再調用doModInitFunctions()方法，必然會調用libSystem庫中的libSystem_initializer方法。

在libSystem_initializer方法中調用libdispatch_init,

然後在libdispatch庫中，調用libdispatch_init函數。

libdispatch_init部分代碼：

_os_object_init代碼：

最終調用到libobjc庫中的_objc_init的方法，調用_dyld_objc_notify_register，傳入地址給sNotifyObjCInit，然後回調鏡像文件。

而先調用notifySingle方法，在調用doInitialization方法，而notifySingle方法中的sNotifyObjCInit指針是從_objc_init方法中_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)的load_images傳遞過去的，這也解釋了C++函數和構造函數的調用在load方法之後的原因。

總結

APP加載過程：程序啓動依次加載dyld、libSystem、libdispathc.dyld、libobjc動態庫,最終調用_objc_init()方法，在此方法中Runtime向dyld註冊回調函數，加載新的image，執行map_images、load_images，imageLoader加載image，調用main函數
在dyld中，__dyld_start鏈接開始，調用start()方法，調用dyld::_main()方法。在此方法中，
- 環境變量相關處理，先獲取可執行文件的cdHash，checkEnvironmentVariables(envp)、defaultUninitializedFallbackPaths(envp)
- 加載共享緩存，通過checkSharedRegionDisable()驗證共享緩存路徑，然後mapSharedCache()，加載共享緩存。
- 將dyld本身，添加到UUID列表，addDyldImageToUUIDList()。
- 然後加載所有的鏡像文件，reloadAllImages。
- 運行所有初始化程序initializeMainExecutable()
- 通知監聽dyld的main，然後進入main函數，notifyMonitoringDyldMain()。
reloadAllImages加載鏡像文件的步驟：
- 實例化主程序instantiateFromLoadedImage()，內核會映射到主要可執行文件中，我們需要爲映射到主可執行文件的文件，創建ImageLoader。在此方法中，然後讀取image，然後addImage()讀取加載鏡像文件。會先在instantiateMainExecutable()中，會確認此mach-o文件中是否具有壓縮的LINKEDIT以及段數。
- 加載插入任何動態庫loadInsertedDylib(*lib)，將其讀取爲鏡像文件iamge。
- 鏈接庫。先遍歷，讀取image，然後link。在link中，遞歸插入動態加載的鏡像文件。
initializeMainExecutable()運行所有初始化程序步驟：
- runInitializers()
- processInitializers初始化準備。
- processInitializers中，遍歷iamge.count，遞歸一個個開始初始化條件images[i]->recursiveInitialization。
- 在遞歸開始初始化條件中recursiveInitialization，通過notifySingle方法，對單個鏡像通知開始初始化。獲取鏡像文件的真實地址(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader())，而notifySingle中的sNotifyObjCInit是在objc_init()中註冊傳遞過來的，所以只有當objc_init()調用時，重新加載image。
- notifySingle方法之後，遍歷初始化this->doInitialization(context)
- 在doInitialization方法中，先調用doImageInit(context)，確保libSystem庫必須提前初始化完成。再調用doModInitFunctions()方法，對 C++和構造函數處理，然後調用libSystem_initializer方法，調用libdispatch_init，調用_os_object_init，最終調用_objc_init方法。
- _objc_init方法來註冊回調函數，重新加載images，執行map_images、load_images，imageLoader加載image，調用main函數。

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