MachO

MachO 文件

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 ) .

它是一种用于可执行文件、目标代码、动态库的文件格式。作为 a.out 格式的替代，Mach-O 提供了更强的扩展性。

但是除了可执行文件外 , 其实还有一些文件也是使用的 Mach-O 的文件格式 .

属于 Mach-O 格式的常见文件

• 目标文件 .o
• 库文件
  • .a
  • .dylib
  • Framework
• 可执行文件
• dyld ( 动态链接器 )
• .dsym ( 符号表 )

使用 file 命令可以查看文件类型

也就是说 Mach-O 并非一定是可执行文件 , 它是一种文件格式 , 分为 Mach-O Object 目标文件 、 Mach-O executable 可执行文件、Mach-O dynamically动态库文件、Mach-O dynamic linker动态链接器文件、Mach-O dSYM companion` 符号表文件 , 等等 .

还看到一个 arm64 , 这个是什么意思呢 ?

• 在 release 模式下
• 支持 iOS 11.0 系统版本以下

当满足这两个条件时 , 我们的应用打包出来的 Mach-O ececutable 可执行文件是包含 arm64 以及 arm_v7 的架构的 , iPhone 5C 以上机型都是 64 位系统了 .

那么包含了支持多架构的 Mach-O executable 可执行文件被称为 : 通用二进制文件 , 即多种架构都可读取运行 .

另外 Xcode 中通过编译设置 Architectures 是可以更改所生成的 Mach-O executable 可执行文件的支持架构的 .

编译器在生成 Mach-O 文件会选择 Architectures 以及 Valid Architectures 的交集 , 因此想要支持多架构的话 , 在Valid Architectures 中继续添加就可以了 , 编译生成 Mach-O 之后 , 使用 file 命令可以检查下结果 .

通用二进制文件

• 苹果公司提出的一种程序代码。能同时适用多种架构的二进制文件
• 同一个程序包中同时为多种架构提供最理想的性能。
• 因为需要储存多种代码，通用二进制应用程序通常比单一平台二进制的程序要大。
• 但是由于两种架构有共通的非执行资源，所以并不会达到单一版本的两倍之多。
• 而且由于执行中只调用一部分代码，运行起来也不需要额外的内存。

通用二进制文件通常被称为 Universal binary , 在 MachOView 等 中叫做 Fat binary , 这种二进制文件是可以完全拆分开来 , 或者重新组合的

Mach-O 文件结构

Mach-O 的组成结构如图所示包括了

• Header 包含该二进制文件的一般信息
  • 字节顺序、架构类型、加载指令的数量等。
  • 使得可以快速确认一些信息，比如当前文件用于 32 位还是 64 位，对应的处理器是什么、文件类型是什么
• Load commands 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。
• Data 通常是对象文件中最大的部分
  • 包含 Segement 的具体数据

Mach Header

Header 中存储的内容大致如上图所示 , 那么每一条到底对应着什么呢 ? , 我们打开源码看一下, cmd + shift + o , 搜索 load.h , 找 mach_header_64 结构体.

struct mach_header_64 {
    uint32_t    magic;        /* 魔数,快速定位64位/32位 */
    cpu_type_t    cputype;    /* cpu 类型 比如 ARM */
    cpu_subtype_t    cpusubtype;    /* cpu 具体类型 比如arm64 , armv7 */
    uint32_t    filetype;    /* 文件类型 例如可执行文件 .. */
    uint32_t    ncmds;        /* load commands 加载命令条数 */
    uint32_t    sizeofcmds;    /* load commands 加载命令大小*/
    uint32_t    flags;        /* 标志位标识二进制文件支持的功能 , 主要是和系统加载、链接有关*/
    uint32_t    reserved;    /* reserved , 保留字段 */
};

mach_header_64 相较于 mach_header , 也就是 32 位头文件 , 只是多了一个保留字段 . mach_header 是链接器加载时最先读取的内容 , 它决定了一些基础架构 , 系统类型 , 指令条数等信息.

Load Commands

Load Commands 详细保存着加载指令的内容 , 告诉链接器如何去加载这个 Mach-O 文件.

通过查看内存地址我们发现 , 在内存中 , Load Commands 是紧跟在 Mach_header 之后的 .

那么这些 Load Commands 对应了什么呢 ? 我们以 arm64 为例.

其中 _TEXT 段和 _DATA 段 , 是我们经常需要研究的 , MachOView 下面也有详细列出.

_TEXT 段

我们来看看 _TEXT 段里都存放了什么 , 其实真正开始读取就是从 _TEXT 段开始读取的 .

_DATA 段

_DATA 在内存中是紧跟在 _TEXT 段之后的.

下面列举一些常见的 Section。

Reference

1. Macho-O文件

2.Mach-O 文件格式探索