dyld与objc的关联

作者: Bel李玉 | 来源:发表于2020-10-17 22:21 被阅读0次

在本篇文章中，主要探索dyld与objc是如何关联的。

objc_init

_objc_init通过dyld的消息对我们镜像进行注册，由libSsytem调用，其实现为：

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    environ_init(); // 1
    tls_init(); // 2
    static_init(); // 3
    runtime_init(); // 4
    exception_init();// 5
    cache_init(); // 6
    _imp_implementationWithBlock_init(); // 7 

    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image); // 8

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

1，读取影响运行时的环境变量，可以通过终端命令export OBJC_HELP = 1，获得所有的环境变量值。
2，关于线程key的绑定，例如线程数据的析构函数。
3，运行C++静态构造函数，在dyld调用我们的静态析构函数之前，libc会调用_objc_init(),因此我们必须自己做。
4，runtime运行时环境初始化，里面主要是unattachedCategories、allocatedClasses方法，主要用来分类初始化。
5，初始化libobjc的异常处理系统，对系统的crash信息进行回调处理。
6，缓存条件初始化。
7，启动回调机制，通常这不会做什么，因为所有的初始化都是惰性的，但是对于某些进程，我们会迫不及待的加载trampolines dylib。
8，dyld注册的地方，仅供objc运行时使用。dyld将使用包含objc_image_info的镜像文件数组,回调mapped函数。1，map_images: dyld将image镜像文件加载进内存时，会触发该函数。2，load_images：dyld初始化image会触发该函数。3，unman_image: dyld将image移除时会触发该函数。

下面我们一一展开分析

environ_init

其实现如下

    for (char **p = *_NSGetEnviron(); *p != nil; p++) {
        if (0 == strncmp(*p, "Malloc", 6)  ||  0 == strncmp(*p, "DYLD", 4)  ||  
            0 == strncmp(*p, "NSZombiesEnabled", 16))
        {
            maybeMallocDebugging = true;
        }

        if (0 != strncmp(*p, "OBJC_", 5)) continue;
        
        if (0 == strncmp(*p, "OBJC_HELP=", 10)) {
            PrintHelp = true;
            continue;
        }
        if (0 == strncmp(*p, "OBJC_PRINT_OPTIONS=", 19)) {
            PrintOptions = true;
            continue;
        }
        
        const char *value = strchr(*p, '=');
        if (!*value) continue;
        value++;
        
        for (size_t i = 0; i < sizeof(Settings)/sizeof(Settings[0]); i++) {
            const option_t *opt = &Settings[i];
            if ((size_t)(value - *p) == 1+opt->envlen  &&  
                0 == strncmp(*p, opt->env, opt->envlen))
            {
                *opt->var = (0 == strcmp(value, "YES"));
                break;
            }
        }            
    }
  if (PrintHelp  ||  PrintOptions) {
        if (PrintHelp) {
            _objc_inform("Objective-C runtime debugging. Set variable=YES to enable.");
            _objc_inform("OBJC_HELP: describe available environment variables");
            if (PrintOptions) {
                _objc_inform("OBJC_HELP is set");
            }
            _objc_inform("OBJC_PRINT_OPTIONS: list which options are set");
        }
        if (PrintOptions) {
            _objc_inform("OBJC_PRINT_OPTIONS is set");
        }

        for (size_t i = 0; i < sizeof(Settings)/sizeof(Settings[0]); i++) {
            const option_t *opt = &Settings[i];      
          /// 打印所有的环境变量      
            if (PrintHelp) _objc_inform("%s: %s", opt->env, opt->help);
            if (PrintOptions && *opt->var) _objc_inform("%s is set", opt->env);
        }
    }

通过对代码进行阅读我们可以知道：分别把OBJC_HELP和OBJC_PRINT_OPTIONS设置为YES，设置步骤为Edit Schemes --> Environment variable，添加上述两个值，就可以输出所有的环境变量。

objc[10494]: Objective-C runtime debugging. Set variable=YES to enable.
objc[10494]: OBJC_HELP: describe available environment variables
objc[10494]: OBJC_HELP is set
objc[10494]: OBJC_PRINT_OPTIONS: list which options are set
objc[10494]: OBJC_PRINT_OPTIONS is set
objc[10494]: OBJC_PRINT_IMAGES: log image and library names as they are loaded
objc[10494]: OBJC_PRINT_IMAGE_TIMES: measure duration of image loading steps
objc[10494]: OBJC_PRINT_LOAD_METHODS: log calls to class and category +load methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_INITIALIZE_METHODS: log calls to class +initialize methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_RESOLVED_METHODS: log methods created by +resolveClassMethod: and +resolveInstanceMethod:
objc[10494]: OBJC_PRINT_CLASS_SETUP: log progress of class and category setup
objc[10494]: OBJC_PRINT_PROTOCOL_SETUP: log progress of protocol setup
objc[10494]: OBJC_PRINT_IVAR_SETUP: log processing of non-fragile ivars
objc[10494]: OBJC_PRINT_VTABLE_SETUP: log processing of class vtables
objc[10494]: OBJC_PRINT_VTABLE_IMAGES: print vtable images showing overridden methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_CACHE_SETUP: log processing of method caches
objc[10494]: OBJC_PRINT_FUTURE_CLASSES: log use of future classes for toll-free bridging
objc[10494]: OBJC_PRINT_PREOPTIMIZATION: log preoptimization courtesy of dyld shared cache
objc[10494]: OBJC_PRINT_CXX_CTORS: log calls to C++ ctors and dtors for instance variables
objc[10494]: OBJC_PRINT_EXCEPTIONS: log exception handling
objc[10494]: OBJC_PRINT_EXCEPTION_THROW: log backtrace of every objc_exception_throw()
objc[10494]: OBJC_PRINT_ALT_HANDLERS: log processing of exception alt handlers
objc[10494]: OBJC_PRINT_REPLACED_METHODS: log methods replaced by category implementations
objc[10494]: OBJC_PRINT_DEPRECATION_WARNINGS: warn about calls to deprecated runtime functions
objc[10494]: OBJC_PRINT_POOL_HIGHWATER: log high-water marks for autorelease pools
objc[10494]: OBJC_PRINT_CUSTOM_CORE: log classes with custom core methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_CUSTOM_RR: log classes with custom retain/release methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_CUSTOM_AWZ: log classes with custom allocWithZone methods
objc[10494]: OBJC_PRINT_RAW_ISA: log classes that require raw pointer isa fields
objc[10494]: OBJC_DEBUG_UNLOAD: warn about poorly-behaving bundles when unloaded
objc[10494]: OBJC_DEBUG_FRAGILE_SUPERCLASSES: warn about subclasses that may have been broken by subsequent changes to superclasses
objc[10494]: OBJC_DEBUG_NIL_SYNC: warn about @synchronized(nil), which does no synchronization
objc[10494]: OBJC_DEBUG_NONFRAGILE_IVARS: capriciously rearrange non-fragile ivars
objc[10494]: OBJC_DEBUG_ALT_HANDLERS: record more info about bad alt handler use
objc[10494]: OBJC_DEBUG_MISSING_POOLS: warn about autorelease with no pool in place, which may be a leak
objc[10494]: OBJC_DEBUG_POOL_ALLOCATION: halt when autorelease pools are popped out of order, and allow heap debuggers to track autorelease pools
objc[10494]: OBJC_DEBUG_DUPLICATE_CLASSES: halt when multiple classes with the same name are present
objc[10494]: OBJC_DEBUG_DONT_CRASH: halt the process by exiting instead of crashing
objc[10494]: OBJC_DISABLE_VTABLES: disable vtable dispatch
objc[10494]: OBJC_DISABLE_PREOPTIMIZATION: disable preoptimization courtesy of dyld shared cache
objc[10494]: OBJC_DISABLE_TAGGED_POINTERS: disable tagged pointer optimization of NSNumber et al.
objc[10494]: OBJC_DISABLE_TAG_OBFUSCATION: disable obfuscation of tagged pointers
objc[10494]: OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA: disable non-pointer isa fields
objc[10494]: OBJC_DISABLE_INITIALIZE_FORK_SAFETY: disable safety checks for +initialize after fork

常用的环境变量：

1， DYLD_PRINT_STATISTICS:设置 DYLD_PRINT_STATISTICS为YES时，控制台就会打印App的加载时长和动态库的加载时长。即main函数之间的启动时间(查看pre-main耗时)。
2， OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA：杜绝生成相应的nonpointer isa（nonpointer isa指针地址末尾为1），生成的都是普通的isa。
3，OBJC_PRINT_LOAD_METHODS:打印Class 及 Category的load方法的调用信息。
4，NSDoubleLocalizedStrings:项目做国际化本地化，要想检测国际化翻译好的语言文字UI会变成什么样子，可以指定这个启动项，可以设置 NSDoubleLocalizedStrings为YES。

环境变量有什么作用呢？

我们以 OBJC_PRINT_LOAD_METHODS环境变量为例。
我们先配置 OBJC_PRINT_LOAD_METHODS为YES，然后我们重写LYPerson的+(void)load方法。

@implementation LYPerson
+(void)load{
}
@end

.....
objc[10890]: LOAD: +[NSApplication load]

objc[10890]: LOAD: +[NSBinder load]

objc[10890]: LOAD: +[NSColorSpaceColor load]

objc[10890]: LOAD: +[NSNextStepFrame load]

objc[10890]: LOAD: +[NSColor(NSUIKitSupport) load]

objc[10890]: LOAD: category 'NSError(FPAdditions)' scheduled for +load
objc[10890]: LOAD: +[NSError(FPAdditions) load]

objc[10890]: LOAD: class '_DKEventQuery' scheduled for +load
objc[10890]: LOAD: +[_DKEventQuery load]

objc[10890]: LOAD: class 'LYPerson' scheduled for +load
objc[10890]: LOAD: +[LYPerson load]

我们可以通过该环境变量来跟踪工程中所有的load方法。

2、tls_init

其源码实现如下，主要是本地线程池的初始化以及析构。

void tls_init(void)
{
#if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS
    pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific);
#else
    _objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific);
#endif
}

3、static_init:运行系统级别的C++静态构造函数

主要是运行系统级别的C++静态构造函数，在dyld调用我们的静态构造函数之前，libc调用_objc_init方法，即系统级别的C++构造函数先于自定义的C++构造函数运行。

static void static_init()
{
    size_t count;
    auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        inits[i]();
    }
}

4、runtime_init: 运行时环境初始化

主要是运行时的初始化，主要分为两部分：分类的初始化、类的表初始化

void runtime_init(void)
{
    objc::unattachedCategories.init(32);
    objc::allocatedClasses.init();
}

5、exception_init:初始化libobjc的异常处理系统

主要是初始化libobjc的异常处理系统，注册异常处理的回调，从而监控异常的处理，源码如下：

void exception_init(void)
{
    old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}

当有crash（crash是指系统发生的不允许的指令，然后系统给的一些信号）发生时，会来到_objc_terminate方法，走到uncaught_handler扔出异常。

/***********************************************************************
* _objc_terminate
* Custom std::terminate handler.
*
* The uncaught exception callback is implemented as a std::terminate handler. 
* 1. Check if there's an active exception
* 2. If so, check if it's an Objective-C exception
* 3. If so, call our registered callback with the object.
* 4. Finally, call the previous terminate handler.
**********************************************************************/
static void _objc_terminate(void)
{
    if (PrintExceptions) {
        _objc_inform("EXCEPTIONS: terminating");
    }

    if (! __cxa_current_exception_type()) {
        // No current exception.
        (*old_terminate)();
    }
    else {
        // There is a current exception. Check if it's an objc exception.
        @try {
            __cxa_rethrow();
        } @catch (id e) {
            // It's an objc object. Call Foundation's handler, if any.
            (*uncaught_handler)((id)e); // 1
            (*old_terminate)(); // 2
        } @catch (...) {
            // It's not an objc object. Continue to C++ terminate.
            (*old_terminate)();
        }
    }
}

1，如果在OC中注册了exception callback，就调用我们注册的callback。
2，调用之前的中断程序。

crash分类

crash的主要原因是收到了未处理的信号，主要来源于三个地方：

kernel内核
其他进行
App本身

所以其对应的，crash也分为3种

Mach异常：是指最底层的内核级异常。用户态的开发者可以直接通过Mach API设置thread，task，host的异常端口，来捕获Mach异常。
Unix信号:又称BSD信号，如果开发者没有捕获Mach异常，则会被host层的方法un_exception()将异常转换为对应的UNIX信号，并通过方法threadSignal()将信号投递到出错线程，可以通过方法signal(x, SignalHandler)来捕获Single。
NSException 应用级异常：它是未被捕获的OC异常，导致程序向自身发送了SIGABRT信号而崩溃，对于未捕获的OC异常，是可以通过try catch来捕获的，或者通过NSSetUncaughtExceptionHandler()机制来捕获。
针对应用级异常，可以通过注册异常捕获的函数，即NSSetUncaughtExceptionHandler机制，实现线程保活，收集上传崩溃日志。

6，_dyld_objc_notify_register: dyld注册

_dyld_objc_notify_register方法在dyld源码中，以下是 _dyld_objc_notify_register方法的声明

//
// Note: only for use by objc runtime
// Register handlers to be called when objc images are mapped, unmapped, and initialized.
// Dyld will call back the "mapped" function with an array of images that contain an objc-image-info section.
// Those images that are dylibs will have the ref-counts automatically bumped, so objc will no longer need to
// call dlopen() on them to keep them from being unloaded.  During the call to _dyld_objc_notify_register(),
// dyld will call the "mapped" function with already loaded objc images.  During any later dlopen() call,
// dyld will also call the "mapped" function.  Dyld will call the "init" function when dyld would be called
// initializers in that image.  This is when objc calls any +load methods in that image.
//
void _dyld_objc_notify_register(_dyld_objc_notify_mapped    mapped,
                                _dyld_objc_notify_init      init,
                                _dyld_objc_notify_unmapped  unmapped);

从注释中，可以得出：

仅供objc运行时使用
注册处理程序，以便在映射、取消映射和初始化objc图像时调用。
dyld将会通过一个包含objc-image-info 的镜像文件的数组回调mapped函数。
方法中的三个 参数分别表示的含义如下：
map_images: dyld 将 image（镜像文件）加载进内存时，会触发该函数。
load_image: dyld 初始化image会触发该函数
unman_image: dyld将 image移除时，会触发该函数。

总结

dyld库，通过_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)方法，来调用这个3个回调函数，从而将 dyld与objc关联起来。

dyld与objc的关联

objc_init

environ_init

环境变量有什么作用呢？

2、tls_init

3、static_init:运行系统级别的C++静态构造函数

4、runtime_init: 运行时环境初始化

5、exception_init:初始化libobjc的异常处理系统

crash分类

6，_dyld_objc_notify_register: dyld注册

总结

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