静态库和动态库都是编译好的二进制文件,只是用法不同。那为什么要分动态和静态库呢?
1.2 虚拟内存
虚拟内存是一层间接寻址。
虚拟内存解决的是管理所有进程使用物理 RAM 的问题。通过添加间接层来让每个进程使用逻辑地址空间,它可以映射到 RAM 上的某个物理页上。这种映射不是一对一的,逻辑地址可能映射不到 RAM 上,也可能有多个逻辑地址映射到同一个物理 RAM 上。
- 针对第一种情况,当进程要存储逻辑地址内容时会触发
page fault
。 - 而第二种情况就是多进程共享内存。
- 对于文件可以不用一次性读入整个文件,可以使用分页映射
mmap()
的方式读取。也就是把文件某个片段映射到进程逻辑内存的某个页上。当某个想要读取的页没有在内存中,就会触发page fault
,内核只会读入那一页,实现文件的懒加载。也就是说Mach-O
文件中的__TEXT
段可以映射到多个进程,并可以懒加载,且进程之间共享内存。 __DATA
段是可读写的。这里使用到了Copy-On-Write
技术,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,它会先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页内存的拷贝。这就涉及到了clean/dirty page
的概念。dirty page
含有进程自己的信息,而clean page
可以被内核重新生成(重新读磁盘)。所以dirty page
的代价大于clean page
。
1.6 exec()
Exec is a system call. When you trap into the kernel, you basically say I want to replace this process with this new program.
exec()
是一个系统调用。系统内核把应用映射到新的地址空间,且每次起始位置都是随机的(因为使用ASLR
)。并将起始位置到0x000000
这段范围的进程权限都标记为不可读写不可执行。如果是32
位进程,这个范围至少是4KB
;对于64
位进程则至少是4GB
。NULL
指针引用和指针截断误差都是会被它捕获。这个范围也叫做PAGEZERO
。
1.7 dyld
Unix 的前二十年很安逸,因为那时还没有发明动态链接库。有了动态链接库后,一个用于加载链接库的帮助程序被创建。在苹果的平台里是
dyld
,其他Unix
系统也有ld.so
。 当内核完成映射进程的工作后会将名字为dyld
的Mach-O
文件映射到进程中的随机地址,它将PC
寄存器设为dyld
的地址并运行。dyld
在应用进程中运行的工作是加载应用依赖的所有动态链接库,准备好运行所需的一切,它拥有的权限跟应用一样。
1.8 dyld 流程
- Load dylibs
从主执行文件的
header
获取到需要加载的所依赖动态库列表,而header
早就被内核映射过。然后它需要找到每个dylib
,然后打开文件读取文件起始位置,确保它是Mach-O
文件。接着会找到代码签名并将其注册到内核。然后在dylib
文件的每个segment
上调用mmap()
。应用所依赖的dylib
文件可能会再依赖其他dylib
,所以dyld
所需要加载的是动态库列表一个递归依赖的集合。一般应用会加载100
到400
个dylib
文件,但大部分都是系统dylib
,它们会被预先计算和缓存起来,加载速度很快。
- Fix-ups
在加载所有的动态链接库之后,它们只是处在相互独立的状态,需要将它们绑定起来,这就是
Fix-ups
。代码签名使得我们不能修改指令,那样就不能让一个dylib
的调用另一个dylib
。这时需要加很多间接层。 现代code-gen
被叫做动态 PIC(Position Independent Code),意味着代码可以被加载到间接的地址上。当调用发生时,code-gen
实际上会在__DATA
段中创建一个指向被调用者的指针,然后加载指针并跳转过去。所以dyld
做的事情就是修正(fix-up
)指针和数据。Fix-up
有两种类型,rebasing
和binding
。
- Rebasing 和 Binding
Rebasing:在镜像内部调整指针的指向 Binding:将指针指向镜像外部的内容
dyld
的时间线由上图可知为:
Load dylibs -> Rebase -> Bind -> ObjC -> Initializers
reloadAllImages
ImageLoader
是一个用于加载可执行文件的基类,它负责链接镜像,但不关心具体文件格式,因为这些都交给子类去实现。每个可执行文件都会对应一个ImageLoader
实例。ImageLoaderMachO
是用于加载Mach-O
格式文件的ImageLoader
子类,而ImageLoaderMachOClassic
和ImageLoaderMachOCompressed
都继承于ImageLoaderMachO
,分别用于加载那些__LINKEDIT
段为传统格式和压缩格式的Mach-O
文件。
作者:leejunhui
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来源:掘金
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