App启动之Dyld在作什么

前言

这里主要剖析一下一个App从点击图标，到展示首页的整个过程。

App是如何启动的

按顺序划分

• 加载可执行文件（读取Mach-O）
• 加载动态库（Dylib）
• Rebase & Bind
• Objc
• Initializers

--------- main() ---------

• 执行AppDelegate的代理方法（如：didFinishLaunchingWithOptions）。
• 根据业务注册SDK，获取数据库数据等。
• 初始化Windows，初始化ViewController。

加载可执行文件（读取Mach-O）

Apple操做系统使用dyld加载可执行文件。

dyld全程为dynomic loader，做用是加载一个进程所须要的Image，在opensource-apple能够找到它的开源代码。

加载动态库（Dylib）

dyld读取完Mach-O的Header和Load Commands后，就会找到可执行文件的依赖动态库。接着dyld会将所依赖的动态库加载到内存中。这是一个递归的过程，依赖的动态库可能还会依赖别的动态库，因此dyld会递归每一个动态库，直至全部的依赖库都被加载完毕。

加载后的动态库会被缓存到dyld shared cache中，提升读取效率。

简单的说下Mach-O，简单的能够分为三个部分，Header，Load Commands，Segment Data。

Header中包含的是可执行文件的CPU架构，Load Commands的数量和占用空间。

Load Commands中包含的是Segment的Header与内存分布，以及依赖动态库的版本和Path等。

Segment Data就是Segment汇编代码的实现，每段Segment的内存占用大小都是分页页数的整数倍。

Rebase & Bind

这两个过程合在一块儿说，是由于他们之间的工做是相互补充的。

Apple为了解决应用安全，用到了ASLR（Address space layout randomization 地址空间布局随机化）和Code Sign。

App被启动后，会被映射到虚拟内存中，这样App在这个空间中就有了一个起始地址，但这个起始地址是固定的。ASLR能使这个起始地址随机化，这项技术能够防止攻击者经过初始地址+偏移量的方法找到函数的内存地址。

Code Sign就是签名，在进行加密的时候，会对每个Page（这里指的是Segment Data）都进行加密，当dyld进行加载的时候，会对每个Page都进行独立的验证。

Mach-O中采用了PIC（Position Independent Code 地址无关代码），大当咱们在调用函数时，会在__Data段中创建一个指向该函数的指针，经过这个指针来间接调用。

Mach-O中有不少符号，有些指向当前Mach-O的（咱们为App编写的代码），有些指向其余DyLib（依赖的动态库）。

Rebase的做用是从新修正指向当前Mach-O指针的指向，由于上面提到的ASLR将地址随机化，起始地址不在是固定的，从新修复后，App才能正常运行。

Bind的做用是从新修复外部指针的指向，这个过程会根据字符串匹配的方式来查找符号表，比起Rebase会略慢（这里fishhook的实现基础，它在dyld绑定C库的时候进行了hook）。

Objc

由于Objective C的动态特性，因此在Main函数执行以前，须要把类信息注册到一个全局Table中。同时，Category的方法也会被注册到对应类中，Category中的同名方法实现，会根据编译顺序，被最后一个编译的Category实现所覆盖。同时还会作Selector的惟一性检测。

Initializers

这个阶段是包含必要的初始化。

• +load
• C/C++静态初始化对象和标记有__attribute__(constructor)的方法

这里区分下+load方法与+Initialize方法，前者是在类加载时调用的，后者是在类第一次收到message以前调用的。

main()方法以后的事

这里就不作展开了，都是咱们亲手写的代码。

Dyld 3

以上咱们介绍了dyld2的加载方式，在2017WWDC，Apple推出了Dyld3。

Dyld2是从程序开始时才开始执行的，而Dyld3则将Dyld2的一些过程进行了分解。

Dyld3分为out-of-process，和in-process。

out-process会作：

• 分析Mach-O Headers
• 分析以来的动态库
• 查找须要的Rebase和Bind的符号
• 将上面的分析结果写入缓存。

in-process会作：

• 读取缓存的分析结果
• 验证分析结果
• 加载Mach-O文件
• Rebase&Bind
• Initializers

使用了Dyld3后，App的启动速度会进一步提升

启动阶段的优化建议

• 减小动态库的数量，推荐使用系统库。
• 减小类和方法的数量。
• 减小初始化函数。
• 尽可能使用Swift。
  • Swift没有初始化器。
  • Swift不容许特定类型的未对齐数据结构。
  • Swift代码更精简。

想要了解Dyld的同窗，能够看看这篇文章App 启动流程以及优化 WWDC 2017

参考资料

深刻理解iOS App的启动过程

App 启动流程以及优化 WWDC 2017