二進(jìn)制重排原理
在虛擬內(nèi)存部分，我們知道撕予，當(dāng)進(jìn)程訪問一個虛擬內(nèi)存page乞封，而對應(yīng)的物理內(nèi)存不存在時做裙，會觸發(fā)缺頁中斷（Page Fault），因此阻塞進(jìn)程肃晚。此時就需要先加載數(shù)據(jù)到物理內(nèi)存锚贱，然后再繼續(xù)訪問。這個對性能是有一定影響的关串。
基于Page Fault拧廊，我們思考杂穷，App在冷啟動過程中，會有大量的類卦绣、分類、三方等需要加載和執(zhí)行飞蚓，此時的產(chǎn)生的Page Fault所帶來的的耗時是很大的滤港。以WeChat為例，我們來看下趴拧，在啟動階段的Page Fault的次數(shù)
-
CMD+i快捷鍵溅漾，選擇System Trace
image.png -
點(diǎn)擊啟動（啟動前需要重啟手機(jī)，清除緩存數(shù)據(jù)）著榴，第一個界面出來后添履，停掉野芒，按照下圖中操作:
image.jpg
從圖中可以看出WeChat發(fā)生的PageFault有2800+次庄涡，可想而知，這個是非常影響性能的该押。
- 然后我們再通過Demo查看方法在編譯時期的排列順序问麸，在ViewController中按下列順序定義以下幾個方法
@implementation ViewController
void test1(){
printf("1");
}
void test2(){
printf("2");
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
test1();
}
+(void)load{
printf("3");
test2();
}
@end
-
在Build Setting -> Write Link Map File設(shè)置為YES
image.png CMD+B編譯demo往衷，然后在對應(yīng)的路徑下查找 link map文件，如下所示严卖，可以發(fā)現(xiàn) 類中函數(shù)的加載順序是從上到下的席舍，而文件的順序是根據(jù)Build Phases -> Compile Sources中的順序加載的
從上面的Page Fault的次數(shù)以及加載順序，可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)導(dǎo)致Page Fault次數(shù)過多的根本原因是啟動時刻需要調(diào)用的方法哮笆，處于不同的Page導(dǎo)致的来颤。因此，我們的優(yōu)化思路就是：將所有啟動時刻需要調(diào)用的方法稠肘，排列在一起福铅，即放在一個頁中，這樣就從多個Page Fault變成了一個Page Fault启具。這就是二進(jìn)制重排的核心原理本讥，如下所示:
注意：在iOS生產(chǎn)環(huán)境的app，在發(fā)生Page Fault進(jìn)行重新加載時鲁冯，iOS系統(tǒng)還會對其做一次簽名驗(yàn)證拷沸，因此 iOS 生產(chǎn)環(huán)境的 Page Fault 比Debug環(huán)境下所產(chǎn)生的耗時更多。
二進(jìn)制重排實(shí)踐
下面薯演，我們來進(jìn)行具體的實(shí)踐撞芍，首先理解幾個名詞
Link Map
Linkmap是iOS編譯過程的中間產(chǎn)物，記錄了二進(jìn)制文件的布局跨扮，需要在Xcode的Build Settings里開啟Write Link Map File,Link Map主要包含三部分：
Object Files 生成二進(jìn)制用到的link單元的路徑和文件編號
Sections 記錄Mach-O每個Segment/section的地址范圍
Symbols 按順序記錄每個符號的地址范圍
Id
ld是Xcode使用的鏈接器序无，有一個參數(shù)order_file验毡，我們可以通過在Build Settings -> Order File配置一個后綴為order的文件路徑。在這個order文件中帝嗡，將所需要的符號按照順序?qū)懺诶锩婢ǎ陧?xiàng)目編譯時，會按照這個文件的順序進(jìn)行加載哟玷，以此來達(dá)到我們的優(yōu)化
所以二進(jìn)制重排的本質(zhì)就是對啟動加載的符號進(jìn)行重新排列狮辽。
到目前為止，原理我們基本弄清楚了巢寡，如果項(xiàng)目比較小喉脖，完全可以自定義一個order文件，將方法的順序手動添加抑月，但是如果項(xiàng)目較大树叽，涉及的方法特別多，此時我們?nèi)绾潍@取啟動運(yùn)行的函數(shù)呢谦絮？有以下幾種思路
1题诵、hook objc_msgSend：我們知道，函數(shù)的本質(zhì)是發(fā)送消息挨稿，在底層都會來到objc_msgSend仇轻，但是由于objc_msgSend的參數(shù)是可變的，需要通過匯編獲取奶甘，對開發(fā)人員要求較高篷店。而且也只能拿到OC 和 swift中@objc 后的方法
2、靜態(tài)掃描：掃描 Mach-O 特定段和節(jié)里面所存儲的符號以及函數(shù)數(shù)據(jù)
3臭家、Clang插樁：即批量hook疲陕，可以實(shí)現(xiàn)100%符號覆蓋，即完全獲取swift钉赁、OC蹄殃、C、block函數(shù)
Clang 插樁
llvm內(nèi)置了一個簡單的代碼覆蓋率檢測（SanitizerCoverage）你踩。它在函數(shù)級诅岩、基本塊級和邊緣級插入對用戶定義函數(shù)的調(diào)用。我們這里的批量hook带膜，就需要借助于SanitizerCoverage吩谦。
關(guān)于 clang 的插樁覆蓋的官方文檔如下 : clang 自帶代碼覆蓋工具 文檔中有詳細(xì)概述，以及簡短Demo演示膝藕。
第一步：配置開啟 SanitizerCoverage
OC項(xiàng)目式廷，需要在：在 Build Settings 里的 “Other C Flags” 中添加 -fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard
如果是Swift項(xiàng)目，還需要額外在 “Other Swift Flags” 中加入-sanitize-coverage=func 和 -sanitize=undefined
所有鏈接到 App 中的二進(jìn)制都需要開啟 SanitizerCoverage芭挽，這樣才能完全覆蓋到所有調(diào)用滑废。
也可以通過podfile來配置參數(shù)
post_install do |installer|
installer.pods_project.targets.each do |target|
target.build_configurations.each do |config|
config.build_settings['OTHER_CFLAGS'] = '-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard'
config.build_settings['OTHER_SWIFT_FLAGS'] = '-sanitize-coverage=func -sanitize=undefined'
end
end
end
第二步：重寫方法新建一個OC文件CJLOrderFile蝗肪，重寫兩個方法
__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init方法
參數(shù)1 start 是一個指針，指向無符號int類型蠕趁，4個字節(jié)薛闪，相當(dāng)于一個數(shù)組的起始位置，即符號的起始位置（是從高位往低位讀
-
參數(shù)2 stop俺陋，由于數(shù)據(jù)的地址是往下讀的（即從高往低讀逛绵，所以此時獲取的地址并不是stop真正的地址，而是標(biāo)記的最后的地址倔韭，讀取stop時，由于stop占4個字節(jié)瓢对，stop真實(shí)地址 = stop打印的地址-0x4）
image.jpg
stop內(nèi)存地址中存儲的值表示什么寿酌？在增加一個方法/塊/c++/屬性的方法（多3個），發(fā)現(xiàn)其值也會增加對應(yīng)的數(shù)硕蛹，例如增加一個test1方法
__sanitizer_cov_trace_pc_guard方法 醇疼，主要是捕獲所有的啟動時刻的符號，將所有符號入隊(duì)
參數(shù)guard是一個哨兵法焰，告訴我們是第幾個被調(diào)用的
符號的存儲需要借助于鏈表秧荆，所以需要定義鏈表節(jié)點(diǎn)CJLNode，
通過OSQueueHead創(chuàng)建原子隊(duì)列埃仪，其目的是保證讀寫安全
通過OSAtomicEnqueue方法將node入隊(duì)乙濒，通過鏈表的next指針可以訪問下一個符號
//原子隊(duì)列，其目的是保證寫入安全卵蛉，線程安全
static OSQueueHead queue = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;
//定義符號結(jié)構(gòu)體颁股，以鏈表的形式
typedef struct {
void *pc;
void *next;
}CJLNode;
/*
- start：起始位置
- stop：并不是最后一個符號的地址，而是整個符號表的最后一個地址傻丝，最后一個符號的地址=stop-4（因?yàn)槭菑母叩刂吠偷刂纷x取的甘有，且stop是一個無符號int類型，占4個字節(jié)）葡缰。stop存儲的值是符號的
*/
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
uint32_t *stop) {
static uint64_t N;
if (start == stop || *start) return;
printf("INIT: %p - %p\n", start, stop);
for (uint32_t *x = start; x < stop; x++) {
*x = ++N;
}
}
/*
可以全面hook方法亏掀、函數(shù)、以及block調(diào)用泛释，用于捕捉符號滤愕，是在多線程進(jìn)行的，這個方法中只存儲pc胁澳，以鏈表的形式
- guard 是一個哨兵该互，告訴我們是第幾個被調(diào)用的
*/
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
// if (!*guard) return;//將load方法過濾掉了，所以需要注釋掉
//獲取PC
/*
- PC 當(dāng)前函數(shù)返回上一個調(diào)用的地址
- 0 當(dāng)前這個函數(shù)地址韭畸，即當(dāng)前函數(shù)的返回地址
- 1 當(dāng)前函數(shù)調(diào)用者的地址宇智，即上一個函數(shù)的返回地址
*/
void *PC = __builtin_return_address(0);
//創(chuàng)建node蔓搞，并賦值
CJLNode *node = malloc(sizeof(CJLNode));
*node = (CJLNode){PC, NULL};
//加入隊(duì)列
//符號的訪問不是通過下標(biāo)訪問，是通過鏈表的next指針随橘，所以需要借用offsetof（結(jié)構(gòu)體類型喂分，下一個的地址即next）
OSAtomicEnqueue(&queue, node, offsetof(CJLNode, next));
}
- 【第三步：獲取所有符號并寫入文件】
-while循環(huán)從隊(duì)列中取出符號，處理非OC方法的前綴机蔗，存到數(shù)組中 - 數(shù)組取反蒲祈，因?yàn)槿腙?duì)存儲的順序是反序的
- 數(shù)組去重，并移除本身方法的符號
- 將數(shù)組中的符號轉(zhuǎn)成字符串并寫入到cjl.order文件中
extern void getOrderFile(void(^completion)(NSString *orderFilePath)){
collectFinished = YES;
__sync_synchronize();
NSString *functionExclude = [NSString stringWithFormat:@"_%s", __FUNCTION__];
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.01 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
//創(chuàng)建符號數(shù)組
NSMutableArray<NSString *> *symbolNames = [NSMutableArray array];
//while循環(huán)取符號
while (YES) {
//出隊(duì)
CJLNode *node = OSAtomicDequeue(&queue, offsetof(CJLNode, next));
if (node == NULL) break;
//取出PC,存入info
Dl_info info;
dladdr(node->pc, &info);
// printf("%s \n", info.dli_sname);
if (info.dli_sname) {
//判斷是不是OC方法萝嘁，如果不是梆掸，需要加下劃線存儲，反之牙言，則直接存儲
NSString *name = @(info.dli_sname);
BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["] || [name hasPrefix:@"-["];
NSString *symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];
[symbolNames addObject:symbolName];
}
}
if (symbolNames.count == 0) {
if (completion) {
completion(nil);
}
return;
}
//取反（隊(duì)列的存儲是反序的）
NSEnumerator *emt = [symbolNames reverseObjectEnumerator];
//去重
NSMutableArray<NSString *> *funcs = [NSMutableArray arrayWithCapacity:symbolNames.count];
NSString *name;
while (name = [emt nextObject]) {
if (![funcs containsObject:name]) {
[funcs addObject:name];
}
}
//去掉自己
[funcs removeObject:functionExclude];
//將數(shù)組變成字符串
NSString *funcStr = [funcs componentsJoinedByString:@"\n"];
NSLog(@"Order:\n%@", funcStr);
//字符串寫入文件
NSString *filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"cjl.order"];
NSData *fileContents = [funcStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
BOOL success = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];
if (completion) {
completion(success ? filePath : nil);
}
});
}
- 【第四步：在didFinishLaunchingWithOptions方法最后調(diào)用】需要注意的是酸钦，這里的調(diào)用位置是由你決定的，一般來說咱枉，是第一個渲染的界面
- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
[self test11];
getOrderFile(^(NSString *orderFilePath) {
NSLog(@"OrderFilePath:%@", orderFilePath);
});
return YES;
}
- (void)test11{
}
此時的cjl.order中只有這三個方法
- 【第五步：拷貝文件卑硫，放入指定位置，并配置路徑】一般將該文件放入主項(xiàng)目路徑下蚕断，并在Build Settings -> Order File中配置./cjl.order欢伏，下面是配置前后的對比（上邊是配置前的熟悉怒，下邊是配置后符號順序的）
注意點(diǎn)：避免死循環(huán)
- Build Settings -> Other C Flags的如果配置的是-fsanitize-coverage=trace-pc-guard亿乳，在while循環(huán)部分會出現(xiàn)死循環(huán)（我們在touchBegin方法中調(diào)試）
- 我們打開匯編調(diào)試硝拧，發(fā)現(xiàn)有3個__sanitizer_cov_trace_pc_guard的調(diào)用
- 第一次是bl 是 touchBegin
- 第三次 bl 是 printf
- 第二次 bl 是因?yàn)閣hile 循環(huán)。 即 只要是跳轉(zhuǎn)葛假，就會被hook河爹，即有 bl、b的指令桐款，就會被hook
解決方式：將BuildSetting中的other C Flags的-fsanitize-coverage=trace-pc-guard 咸这，改成-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard
