iOS启动优化之Mach-O相关术语

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这篇文章讲的是OS启动优化相关的理论部分。

Mach-O是运行时可执行文件的文件类型，这些文件类型包括：

可执行文件：应用中最重要的二进制文件，也是应用扩展文件的主二进制文件。
Dylib：动态链接库（又称DSO或DLL）。动态链接库包括：iOS中用到的所有系统framework，加载OC runtime方法的libobjc，系统级别的libSystem，例如libdispatch(GCD)和libsystem_blocks(Block)。
Bundle：捆绑包，不能被链接的Dylib，只能在运行时使用dlopen()加载，macOS的插件会用到它。

Image:指的是任意这三种类型。 Framework:这里指的是一个特殊的Dylib，它有一个目录结构用来存储该Dylib所需的文件。

所有动态链接库和静态库.a和所有类文件.o文件最终都由Dyld（apple的动态链接器）加载到内存中。

Mach-O的镜像文件被分割成一些segment(段)，segment名字都是大写的。所有的segments都是page(页)大小的整数倍。

页的大小跟硬件有关：

一个Segment包含若干个sections(分区)，所以section名字都是小写的，分区不遵循页面大小，分区间是不重叠的。

几乎所有的二进制文件都包含这三个段（segment）：__TEXT,__DATA和__LINKEDIT：

假设你生成一个64位的iOS应用，那么你就会有一个Mach-O文件，如果你也想让它在32位的机器上运行，Xcode里会发生什么变化呢？ Xcode会重新生成一个Mach-O文件，这个是为32位生成的armv7s，之后Xcode会将这两个文件合并成第三个文件，这个文件就是Mach-O的通用文件。

这个文件前端有一个头文件，所有的头文件都有一个所有体系的列表，它们的偏移值也在文件里，该文件占用一页空间大小。

虚拟内存是一个间接层。每个进程都是一个逻辑地址空间，映射到RAM（随机存取存储器）的某个物理页，这种映射不一定是一对一的。

特点如下：

如果有一个逻辑地址不映射任何物理RAM，当进程访问该地址时，就会触发page defult，内核会停止该线程，并试图找出解决方案。
当多个逻辑地址映射到同一物理RAM上时，会造成多进程共享内存。
基于文件的映射
- 不用一次性将整个文件读入物理RAM，可以使用分页映射（mmap()函数）的方式读取。也就是把文件某个段映射到进程逻辑内存的某个页上。
- lazy reading（懒加载）。
总结：Dylib或者imgae的TEXT段可以映射到多个进程，将会造成读取迟缓，而所有这些页面可以在进程间共享。
Copy-On-Write（写入时复制），简称COW。也就是多个进程共享一页内存空间时，一旦有进程要做写操作，它会将这页内存内容复制一份出来，然后重新映射逻辑地址到新的RAM页上。也就是这个进程自己拥有了那份内存的拷贝。
Dirty vs. clean pages：上面复制出来的副本被认为是脏页面，脏页面是指含有进程特定信息的页面。干净页面是指内核可以按照需要重新建立的页面，比如重新读取磁盘。脏页面比干净页面要昂贵的多，
Permissions（权限界限）:这里指可以标记一个页面，可读，可写或可执行，或者是它们的任意组合。

在多个进程加载Mach-O镜像时 __TEXT和__LINKEDIT是只读的，都是可以共享内存的。而__DATA是可读写的，会产生dirty page。当dyld执行结束后，__LINKEDIT就没用了，对应的内存页就会被回收。

两点安全问题会影响Dyld：

ASLR：地址空间布局随机化。镜像会在随机的地址上加载。
代码签名：为了在运行时验证Mach-O文件的签名，并不是每次重复读入整个文件，而是把每页的内容都生成一个单独的加密散列值，并存储在__LINKEDIT中。这使得文件每页的内容在读取时都能及时校验并确保不被篡改。

下期预告：iOS启动优化之从exec()到main()