一年鸳、什么是Mach-O文件？
Mach-O是Mach Object文件格式的縮寫丸相，是mac以及iOS上可執(zhí)行文件的格式搔确。Mach-O文件對應(yīng)有多種格式：
- 目標文件
.o- 庫文件：
.a靜態(tài)庫文件
.dylib動態(tài)庫文件
.framework系統(tǒng)級為動態(tài)庫文件，自己創(chuàng)建的為靜態(tài)庫文件- 可執(zhí)行文件及
MDW.app內(nèi)部的MDW文件（通用二進制文件）dyld動態(tài)鏈接器將依賴的動態(tài)庫加載到內(nèi)存.dsym符號表
在Xcode中我們可以直接創(chuàng)建.c文件灭忠，通過終端clang命令來對.c文件進行編譯或生成可執(zhí)行文件膳算，下面看一下clang怎樣使用的。
1弛作、創(chuàng)建一個main.c文件如下：
#include <stdio.h>
int main(){
printf("打犹榉洹：yahibo\n");
return 0;
}
2、編譯文件
clang -c main.c
會生成main.o文件映琳，該文件即為mach-o文件机隙，通過命令file main.o查看文件信息如下：
main.o: Mach-O 64-bit object x86_64
是一個object類型的文件稱為目標文件蜘拉，并不是可執(zhí)行文件
3昔驱、生成可執(zhí)行文件
- 命令
clang main.o會生成a.out文件疗隶，即可執(zhí)行文件，通過ls查看 - 命令
clang -o main main.o也會生成可執(zhí)行文件main - 命令
clang -o main main.c直接根據(jù)源文件生成可執(zhí)行文件main - 命令
size -x -l -m a.out查看文件信息不见，如下：
Segment __PAGEZERO: 0x100000000 (vmaddr 0x0 fileoff 0)
Segment __TEXT: 0x1000 (vmaddr 0x100000000 fileoff 0)
Section __text: 0x2a (addr 0x100000f50 offset 3920)
Section __stubs: 0x6 (addr 0x100000f7a offset 3962)
Section __stub_helper: 0x1a (addr 0x100000f80 offset 3968)
Section __cstring: 0x11 (addr 0x100000f9a offset 3994)
Section __unwind_info: 0x48 (addr 0x100000fac offset 4012)
total 0xa3
Segment __DATA: 0x1000 (vmaddr 0x100001000 fileoff 4096)
Section __nl_symbol_ptr: 0x10 (addr 0x100001000 offset 4096)
Section __la_symbol_ptr: 0x8 (addr 0x100001010 offset 4112)
total 0x18
Segment __LINKEDIT: 0x1000 (vmaddr 0x100002000 fileoff 8192)
total 0x100003000
4葱跋、執(zhí)行文件
./a.out 或 ./main
輸出：
打映旨摹：yahibo
以上步驟可以用來寫c并編譯執(zhí)行。
多個文件是如何編譯的呢娱俺？
開發(fā)中根據(jù)不同功能模塊我們會分很多文件來實現(xiàn)际看，在clang中是可以對多個文件進行一次性打包，生成一個可執(zhí)行文件矢否。如下：
1仲闽、新建一個功能文件
people.c
#include <stdio.h>
void sleep(){
printf("正在睡覺\n");
}
2、在main.c中聲明sleep方法并調(diào)用
void sleep();//聲明方法
int main(){
printf("打咏├省：yahibo\n");
sleep();//調(diào)用方法
return 0;
}
3赖欣、編譯為可執(zhí)行文件
clang -o main main.c people.c
4、執(zhí)行可執(zhí)行文件
./main
運行如下：
打友槊怼：yahibo
正在睡覺
二顶吮、通用二進制文件（Universal binary）
在iOS中不同手機對應(yīng)著可能不同的架構(gòu)，如arm64粪薛、armv7悴了、armv7s。為了兼容不同架構(gòu)的手機违寿，蘋果推出了通用二進制文件湃交，包含了應(yīng)用程序常用的這些架構(gòu)，因此通用二進制文件藤巢，比單一架構(gòu)二進制文件要大很多搞莺。
架構(gòu)選擇
arm.png
- 注意以上標記的兩處取交集，來確認最終架構(gòu)
-
1處默認架構(gòu)為arm64掂咒、armv7 - 如果需要添加
armv7s還需要在1處添加armv7s字符
通過以上配置真實編譯出來的是包含arm64才沧、armv7架構(gòu)，因為工程中使用了第三方靜態(tài)庫不包含armv7s因此這里配置為標準架構(gòu)模式绍刮。
通用二進制文件在哪呢温圆？
在xxx.app中的xxx黑色文件即是通用二進制文件，右鍵xxx.app顯示包內(nèi)容即可獲得孩革。
lipo命令
通過lipo命令可以查看岁歉、拆分及合并以上提出的架構(gòu)，在做靜態(tài)庫時也會使用嫉戚，來合并真機下和模擬器下的靜態(tài)庫刨裆，以適應(yīng)不同的調(diào)試環(huán)境澈圈。
- 從
MDW.app中我獲取可執(zhí)行文件MDW
1彬檀、查看架構(gòu)信息
lipo -info MDW
打印如下：
Architectures in the fat file: MDW are: armv7 arm64
2帆啃、拆分armv7、arm64架構(gòu)
lipo MDW -thin armv7 -output MDW_armv7
lipo MDW -thin arm64 -output MDW_arm64
查看armv7信息：
lipo -info MDW_armv7
打印如下：
Non-fat file: MDW_armv7 is architecture: armv7
查看arm64信息：
lipo -info MDW_arm64
打印如下：
Non-fat file: MDW_arm64 is architecture: arm64
3窍帝、合并架構(gòu)
lipo -create MDW_armv7 MDW_arm64 -output MDW_ALL
查看合并后的信息
lipo -info MDW_ALL
打印如下：
Architectures in the fat file: MDW_ALL are: armv7 arm64
產(chǎn)生的可執(zhí)行文件如圖：
mackos.png
三努潘、Mach-O文件結(jié)構(gòu)
官方圖解：
structure.png
文件分為三個部分：
-
Header：包含Mach-O文件的基本信息，字節(jié)順序坤学、架構(gòu)類型疯坤、加載指令的數(shù)量等 -
Load commands：包含區(qū)域位置、符號表深浮、動態(tài)符號表压怠，加載Mach-O文件時使用這里的數(shù)據(jù)確定內(nèi)存分布 -
Data：數(shù)據(jù)段segement，包含具體代碼飞苇、常量菌瘫、類、方法等布卡，有多個segment雨让，每個segment有0到多個section，每個段有一個虛擬地址映射到進程的地址空間
直接使用MachOView打開MDW可執(zhí)行文件忿等，如下：
macho.png
- 胖二進制文件中包含了
armv7栖忠、arm64架構(gòu) - 通過MachOView即可查看可執(zhí)行文件的所有信息
1、Header
除了以上直接查看header贸街，還可以通過otool命令查看header信息：
otool -f MDW
打印如下：
Fat headers
fat_magic 0xcafebabe
nfat_arch 2
architecture 0
cputype 12
cpusubtype 9
capabilities 0x0
offset 16384
size 7587424
align 2^14 (16384)
architecture 1
cputype 16777228
cpusubtype 0
capabilities 0x0
offset 7618560
size 8748384
align 2^14 (16384)
或
otool -h MDW
打逾帜：
Mach header
magic cputype cpusubtype caps filetype ncmds sizeofcmds flags
0xfeedface 12 9 0x00 2 48 5080 0x00210085
Mach header
magic cputype cpusubtype caps filetype ncmds sizeofcmds flags
0xfeedfacf 16777228 0 0x00 2 48 5752 0x00210085
- 以上打印的兩段分別是
armv7、arm64架構(gòu)下的header信息
在objc4源碼loader.h文件中有mach_header的結(jié)構(gòu)體定義薛匪，如下：
struct mach_header {
uint32_t magic; /* mach magic number identifier */
cpu_type_t cputype; /* cpu specifier */
cpu_subtype_t cpusubtype; /* machine specifier */
uint32_t filetype; /* type of file */
uint32_t ncmds; /* number of load commands */
uint32_t sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
uint32_t flags; /* flags */
};
struct mach_header_64 {
uint32_t magic; /* mach magic number identifier */
cpu_type_t cputype; /* cpu specifier */
cpu_subtype_t cpusubtype; /* machine specifier */
uint32_t filetype; /* type of file */
uint32_t ncmds; /* number of load commands */
uint32_t sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
uint32_t flags; /* flags */
uint32_t reserved; /* reserved */
};
-
magic：魔數(shù)皇帮，確定是64位還是32位 -
cputype：cpu類型 -
cpusubtype：cpu子類型 -
filetype：Mach-O支持多種文件類型，使用filetype來標注具體文件類型 -
ncmds：加載命令的數(shù)量 -
sizeofcmds：命令區(qū)域（load commands）總的字節(jié)大小 -
flags：標識二進制文件所支持的功能蛋辈，主要與系統(tǒng)的加載属拾、鏈接有關(guān)
2、Load commands
Header之后是load commands段為加載命令段冷溶，在header結(jié)構(gòu)體中有對加載命令段相關(guān)信息的描述渐白，用于解析加載命令。在objc4源碼loader.h中逞频，有對loadcommand的定義：
struct load_command {
uint32_t cmd; /* type of load command */
uint32_t cmdsize; /* total size of command in bytes */
};
-
cmd：命令類型纯衍，針對不同架構(gòu)有不同的結(jié)構(gòu)（32位、64位） -
cmdsize：命令所占字節(jié)大忻缯汀（32位size必須為4字節(jié)的倍數(shù)襟诸，64位size必須為8字節(jié)的倍數(shù)）
在文件中有兩個結(jié)構(gòu)體segment_command和segment_command_64針對不同架構(gòu)的結(jié)構(gòu)體瓦堵，內(nèi)部設(shè)置字段相同。以segment_command_64為例：
struct segment_command_64 { /* for 64-bit architectures */
uint32_t cmd; /* LC_SEGMENT_64 */
uint32_t cmdsize; /* includes sizeof section_64 structs */
char segname[16]; /* segment name */
uint64_t vmaddr; /* memory address of this segment */
uint64_t vmsize; /* memory size of this segment */
uint64_t fileoff; /* file offset of this segment */
uint64_t filesize; /* amount to map from the file */
vm_prot_t maxprot; /* maximum VM protection */
vm_prot_t initprot; /* initial VM protection */
uint32_t nsects; /* number of sections in segment */
uint32_t flags; /* flags */
};
-
cmd：加載命令類型 -
LC_SEGMENT：表示這好似一個段加載命令歌亲，需要將它加載到對應(yīng)的進程空間上 -
LC_LOAD_DYLIB：這是一個需要動態(tài)加載的鏈接庫菇用，它使用dylib_command結(jié)構(gòu)體表示 -
LC_MAIN：記錄了可執(zhí)行文件的主函數(shù)main()的位置，它使用entry_point_command結(jié)構(gòu)體表示 -
LC_CODE_SIGNATURE：代碼簽名的加載命令陷揪，描述了Mach-O的代碼簽名信息惋鸥，它屬于鏈接信息，使用linkedit_data_command結(jié)構(gòu)體表示 -
cmdsize：加載命令所占內(nèi)存大小 -
segname：存放16字節(jié)大小的段名字悍缠，當前是__PAGEZERO卦绣。 -
vmaddr：段的虛擬內(nèi)存起始地址 -
vmsize：段的虛擬內(nèi)存大小 -
fileoff：段在文件中偏移量 -
filesize：段在文件大小 -
maxprot：段頁面所需要的最高內(nèi)存保護（4=r,2=w,1=x） -
initprot：段頁面初始的內(nèi)存保護 -
nsects：段中包含section的數(shù)量 -
flags：其他雜項標志位
在看MachOView中的loadcommands字段：
loadcommands.png
以上為是應(yīng)用程序所有加載命令，通過上面流程能夠看到對系統(tǒng)庫的加載順序飞蚓。對比項目中引入的庫文件滤港，順序是一致的，如下圖：
xcode.png
以上加載命令含義如下：
-
LC_SEGMENT_64：將文件中的段映射到進程地址空間中 -
LC_DYLD_INFO_ONLY：動態(tài)鏈接相關(guān)信息 -
LC_SYMTAB：符號表信息趴拧，位置溅漾、偏移、數(shù)據(jù)個數(shù)八堡，供dyld使用 -
LC_DYSYMTAB：動態(tài)符號表信息樟凄，供dyld使用 -
LC_LOAD_DYLINKER：鏈接器信息，記錄使用那些鏈接器完成內(nèi)核后序的加載工作 -
LC_UUID：Mach-O文件的唯一標識 -
LC_VERSION_MIN_MACOSX：支持最低操作系統(tǒng)版本 -
LC_SOURCE_VERSION：源代碼的版本號 -
LC_MAIN：設(shè)置主線程的入口即棧大小 -
LC_LOAD_DYLIB：依賴庫信息兄渺，dyld通過該命令去加載依賴庫 -
LC_FUNCTION_STARTS：函數(shù)的起始地址表 -
LC_CODE_SIGNATURE：代碼簽名
3缝龄、Data
Data區(qū)域由Segment段和Section節(jié)組成：
segment.png
-
segment主要有__TEXT和__DATA組成 -
__text：是主程序代碼 -
__stubs、__stub_helper：是動態(tài)鏈接的樁 -
__cstring：程序中c語言字符串 -
__const：常量
Section含義：
-
Section64(__TEXT,__objc_methname)：OC類名 -
Section64(__DATA,__objc_classlist)：OC類列表 -
Section64(__DATA,__objc_protollist)：OC原型列表 -
Section64(__DATA,__objc_imageinfo)：OC鏡像信息 -
Section64(__DATA,__objc_selfrefs)：OC類自引用 -
Section64(__DATA,__objc_superrefs)：OC類超類的引用 -
Section64(__DATA,__ivar)：OC類成員變量
等等挂谍，都是通過section來對OC中的具體類別做加載的叔壤。segment段分32位和64位，字段相同口叙，以64為例如下：
struct section_64 { /* for 64-bit architectures */
char sectname[16]; /* name of this section */
char segname[16]; /* segment this section goes in */
uint64_t addr; /* memory address of this section */
uint64_t size; /* size in bytes of this section */
uint32_t offset; /* file offset of this section */
uint32_t align; /* section alignment (power of 2) */
uint32_t reloff; /* file offset of relocation entries */
uint32_t nreloc; /* number of relocation entries */
uint32_t flags; /* flags (section type and attributes)*/
uint32_t reserved1; /* reserved (for offset or index) */
uint32_t reserved2; /* reserved (for count or sizeof) */
uint32_t reserved3; /* reserved */
};
-
sectname：是__text,就是主程序代碼 -
segname：該section所屬的segment名炼绘，第一個是__TEXT -
addr：當前section在內(nèi)存中的起始位置 -
size：當前section所占內(nèi)存大小 -
offset：當前section的文件偏移 -
align：字節(jié)大小對齊 -
reloff：重定位入口的文件偏移，0 -
nreloc：需要重定位的入口數(shù)量妄田，0 -
flags：包含section的type和attributes -
reserved1俺亮、reserved2預(yù)留字段
四、總結(jié)
注意在Load Commands的最后一條的地址偏移疟呐，再看Data段的起始地址偏移：
loadcommands.jpg
data.jpg
-
Load Commands最后一條指令的地址偏移為：0000311C -
Data段的起始地址為：00004000
中間預(yù)留了一段空間脚曾，該處即是后面代碼注入的地方，此處不是專門預(yù)留出來進行注入的启具，而是考慮內(nèi)存對稱提高代碼執(zhí)行效率本讥。
