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Mach-O

打开了一个App，可以理解在手机的操作系统上运行了一个App进程。

进程是特殊文件在内存中加载得到的结果，这种特殊文件必须是操作系统可理解的。

Mach-O 其实是Mach Object文件格式的缩写，是 mac 以及 iOS 上可执行文件的格式， 类似于 windows上的 PE 格式 (Portable Executable ), linux 上的 ElF 格式 (Executable and Linking Format) 。

但是Mach-O不仅仅是只是可执行文件的格式标准，还是macOS和iOS中一些其他文件标准的格式。

常见的Mach-O格式有下面几种可执行文件：

  • 静态库、动态库文件(.a .dylib .framework等)
  • dyld（动态连接器）
  • .dsym文件（符号表）
  • bundle资源文件
  • 目标文件(编译输出的.0文件)

以下以可执行文件为重点去讲述Mach-O

可执行文件

开发的app，编译打包后，就会生成一个可执行的，Mach-O格式的二进制文件。

对于macOS和iOS中的App，其生成可执行二进制文件从支持的架构分为两种：

  1. 单架构的二进制文件
  2. 胖二进制文件

单架构的二进制文件就是运行于单个架构(如x86,ARM64等)的二进制文件。而胖二进制就是一个二进制文件里面包含多个单架构的二进制文件。

Mach-O内容

  • VM Address : Virtual Memory Address, 段的虚拟内存地址，在内存中的位置
  • VM Size : Virtual Memory Size, 段的虚拟内存大小, 占用多少内存
  • File Offset : 段在文件中的偏移量
  • File Size : 段在文件中的大小
  • ASLR

以mac中的计算器App为例，用MachOView查看，看到这是一个Fat Binary类型的可执行文件。里面包含了两个Executable二进制文件，每一个Excutable里面的格式可以参照单个架构的Mach-O的格式。当我们点击app的时候，就会从中选合适的Excutable加载到内存中。

单架构的Excutable文件Mach-O文件格式的内部结构

Products文件夹下的.app文件显示包内容，可执行文件在MachOView中整体如下

1、mach_header

文件头mach_header 位于 Mach-O 文件的头部，有以下作用：

  • 表明该文件是 Mach-O 格式
  • 标明文件类型，CPU 架构等信息，指定目标架构
  • 标明load commands数量等
  • 其他的文件属性信息
  • 文件头信息影响后续的文件结构安排

2、load commands

加载的指令，依赖的库Foundation

load commands记录地址信息

load commands是一张包含很多内容的表。内容包括区域的位置、符号表、动态符号表等。 这一部分存储的是加载指令，指导操作系统该如何把可执行文件加载到内存中。有以下作用

  • 指导data部分的数据应该怎么加载
  • 指导dyld加载哪些库
  • 指明符号表地址
  • 其他
表头1表头2
LC_SEGMENT_64将文件中（32位或64位）的段映射到进程地址空间中
LC_DYLD_INFO_ONLY动态链接相关信息
LC_SYMTAB 符号地址
LC_DYSYMTAB 动态符号表地址
LC_LOAD_DYLINKER dyld加载
LC_UUID 文件的UUID
LC_VERSION_MIN_MACOSX 支持最低的操作系统版本
LC_SOURCE_VERSION 源代码版本
LC_MAIN 设置程序主线程的入口地址和栈大小
LC_LOAD_DYLIB(库名) 依赖库的路径，包含三方库
LC_FUNCTION_STARTS 函数起始地址表
LC_CODE_SIGNATURE 代码签名

3、Text代码段

代码放在 _TEXT 段。

4、Data数据段

数据放在 _DATA 段。数据段除了全局变量、常量、自定义类还有很多东西，比如符号表。

里面会有符号表（间接符号表），访问NSLog。

data区主要就是负责代码和数据记录的。Mach-O 是以 Segment 这种结构来组织数据的，一个 Segment 可以包含 0 个或多个 Section。根据 Segment 是映射的哪一个 Load Command，Segment 中 section 就可以被解读为是是代码，常量或者一些其他的数据类型。在装载在内存中时，也是根据 Segment 做内存映射的。

这一部分存储的数据区域，包含程序运行的一切数据，表明数据加载到什么位置。部分数据如

  • 代码数据
  • 运行时的类数据
  • 符号表，动态符号表
  • 其他数据

对于Data区域的文档，可以按照Segment和section划分。Segment和section的关系有点像操作系统中的段和页的概念。

这里section可以简单为Segment的子节点，而Data中的数据是以Segment为单位划分的。常见的Segment有

  1. __PAGEZERO。一段随机大小，不可访问的空间
  2. __TEXT。代码区
  3. __DATA。数据区域
  4. __LINKEDIT；包含了方法和变量的元数据，代码签名等信息

5、Dynamic Symbol Table

Indirect Symbols间接符号

外部动态库符号 系统的符号。符号绑定。

6、Symbol Table（符号表）自定定义的

Symbols

总表：内部符号和外部符号都有

7、String Table