揭秘应用程序加载之旅（上）
2023-12-04 20:44:50
现代计算机系统中，应用程序的加载过程是一个复杂而精妙的操作序列。在这个过程中，操作系统扮演着至关重要的角色，负责将应用程序从静态的可执行文件加载到内存，并使其能够执行。其中，dyld动态连接器作为macOS和iOS系统中的核心组件，承担着应用程序加载的重任。在本文中，我们将开启一场探索之旅，深入剖析应用程序加载流程，揭示dyld动态连接器的运作机制，并通过源码分解和关键函数分析，为你呈现应用程序从启动到运行的奥秘。
应用程序加载流程概览
应用程序的加载过程可以分为以下几个主要阶段：
- 应用程序启动： 当用户双击应用程序图标或通过命令行启动应用程序时，操作系统会创建一个新的进程，并加载应用程序的可执行文件。
- 符号解析： 系统将应用程序的可执行文件加载到内存后，需要解析其中的符号，以确定函数、变量和其他符号的地址。
- 重定位： 应用程序的可执行文件通常包含相对地址，这些地址需要在加载时进行重定位，以使其能够正确执行。
- 动态链接： 应用程序在执行过程中，需要加载其他动态库，这些动态库包含应用程序所需的代码和数据。动态链接器负责将这些动态库加载到内存，并将其与应用程序连接起来。
- 程序执行： 应用程序加载完成后，系统将控制权交给应用程序，应用程序开始执行。
dyld动态连接器介绍
dyld动态连接器是macOS和iOS系统中的核心组件，负责应用程序的加载和动态链接。dyld动态连接器主要由以下几个部分组成：
- Mach-O文件加载器： 负责加载Mach-O可执行文件和动态库。
- 符号解析器： 负责解析Mach-O文件中的符号。
- 重定位器： 负责对Mach-O文件中的地址进行重定位。
- 动态链接器： 负责将动态库加载到内存，并将其与应用程序连接起来。
应用程序启动过程源码分解
为了更好地理解应用程序的启动过程，我们以macOS系统中的终端应用程序为例，对其实际源码进行分析。终端应用程序的可执行文件位于/Applications/Utilities/Terminal.app/Contents/MacOS/Terminal，其启动过程主要由以下几个函数实现：
- main()函数： 这是应用程序的入口函数，负责创建新的进程，加载应用程序的可执行文件，并调用其他函数来完成应用程序的启动过程。
- dyldbootstrap()函数： 这是dyld动态连接器的入口函数，负责加载dyld动态连接器本身，并初始化必要的结构。
- dyld::imageLoaded()函数： 这个函数负责加载应用程序的可执行文件，并将其映射到内存。
- dyld::bindImage()函数： 这个函数负责解析应用程序的可执行文件中的符号，并将其绑定到相应的地址。
- dyld::rebaseImage()函数： 这个函数负责对应用程序的可执行文件中的地址进行重定位。
- dyld::bindAtLoad()函数： 这个函数负责将应用程序的可执行文件中的动态库加载到内存，并将其与应用程序连接起来。
dyld::_main关键函数分析
dyld::_main()函数是dyld动态连接器的核心函数，负责应用程序的加载和动态链接。该函数主要执行以下几个步骤：
- 初始化dyld动态连接器： 包括加载dyld动态连接器本身，并初始化必要的结构。
- 加载应用程序的可执行文件： 使用dyld::imageLoaded()函数加载应用程序的可执行文件，并将其映射到内存。
- 解析应用程序的可执行文件中的符号： 使用dyld::bindImage()函数解析应用程序的可执行文件中的符号，并将其绑定到相应的地址。
- 重定位应用程序的可执行文件中的地址： 使用dyld::rebaseImage()函数对应用程序的可执行文件中的地址进行重定位。
- 加载应用程序的可执行文件中的动态库： 使用dyld::bindAtLoad()函数将应用程序的可执行文件中的动态库加载到内存，并将其与应用程序连接起来。
- 启动应用程序： 将控制权交给应用程序，应用程序开始执行。
应用程序启动流程图
为了更直观地了解应用程序的启动过程，我们绘制了一张应用程序启动流程图，如下所示：
[Image of application startup flowchart]
总结
应用程序的加载过程是一个复杂而精妙的操作序列，dyld动态连接器作为macOS和iOS系统中的核心组件，承担着应用程序加载的重任。通过本文的深入剖析，我们揭示了dyld动态连接器的运作机制，并通过源码分解和关键函数分析，呈现了应用程序从启动到运行的奥秘。希望这些知识能够帮助你更好地理解应用程序的运行原理，并在实际开发工作中加以应用。
