瞭解 Mach-O文件
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「這是我參與2022首次更文挑戰的第15天,活動詳情查看:2022首次更文挑戰」。
Mach-O文件
想要一個應用程序運行起來,那麼它的可執行文件格式一定要被操作系統所理解。在Window
系統的可執行文件是PE
,而在OS X
和iOS
中的可執行文件是Mach-O
。
那麼Mach-O
是怎麼生成的呢?蘋果公司目前使用的編譯器是LLVM,在程序編譯時,編譯器會對每個文件進行編譯,然後生成Mach-O
文件,而後鏈接器會將項目中的多個 Mach-O
文件合併成一個,最終的這個就是我們的可執行Mach-O
文件.
那麼Mach-O 文件裏面有哪些內容呢?其實主要還是數據和代碼,其中數據是一些初始值的定義,代碼就是一些是函數的定義。下面我們一起了解下Mach-O
文件。
Mach-O文件簡介
Mach-O 是Mach Object文件格式的縮寫,是運用於mac以及iOS上;它是一種用於可執行文件、目標代碼、動態庫的文件格式;
Mach-O文件類型
- Executable:應用可執行的二進制文件
- Dylib Library:動態鏈接庫
- Static Library:靜態鏈接庫
- Bundle:不能被鏈接 Dylib,只能在運行使用dlopen()加載
- Relocatable Object File:可重定向文件
Mach-O文件結構
Mach-O
文件主要由三部分組成:Header
、Load commands
、Data
Header
部分描述當前Mach-O文件的基本信息 (架構,是否Fat二進制文件,CUP類型等等);
Load commands
部分主要描述:1.Mach-O文件中在虛擬內存中空間是如何分配,從哪個內存地址開始到哪個內存地址結束。 2.不同段在Mach-O文件中的位置,大小分佈。
Data
部分是描述內存如何被分配的內容。包括__TEXT, __DATA等
Header
類型:區分32位、64位
結構:
// 32位
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 */
};
// 64位
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 */
};
註釋:\
magic
:確定Mach-O文件運行框架,如64位/32位\
cputype
:CPU類型,如arm\
cpusubtype
:對應CPU類型的具體型號\
filetype
:文件類型\
ncmds
:加載命令條數\
sizeofcmds
:所有加載命令的大小\
flags
:保留字段\
reserved
:標誌位
LoadCommand
- cmd:指令類型
- cmdsize: 指令長度
以下是load_command的結構:
struct load_command {
uint32_t cmd; /* type of load command */
uint32_t cmdsize; /* total size of command in bytes */
};
command 指令類型説明
-
LC_SEGMENT/LC_SEGMENNT_64
:將對應段中的數據加載並映射到進程的內存空間 -
LC_SEGMENT_TEXT
:代碼段,其中_stub_helper用於關聯函數bind/rebind -
LC_SEGMENT_DATA
:可讀/可寫的數據段,函數指針,其中_la_symbol_ptr動態函數個數,及相對動態符號表的偏移量 -
LC_SEGMENT_LINKEDIT
: :動態鏈接加載指令,支持動態鏈接dyld,該段長度覆蓋符號表等數據(計算鏈接時程序的基址),符號表,動態符號表,字符串表段中定義的offset偏移量都是基於_LINKEDIT的vm_add -
LC_SYMTAB
:符號表信息,解析函數名 -
LC_DYSYMTAB
:動態符號表信息,地址值為動態函數相對符號表的索引,_la_symbol_ptr對應的cmd可以換算出第一個動態函數對應動態符號表的初始地址,其次存儲是連續,結構長度固定的,可以通過遍歷獲取所有動態函數的對應的符號表索引
Data
Data中就是由Segment組成的,每一個Segment
定義了一些Mach-O文件的數據、地址和內存保護屬性,這些數據在動態鏈接器加載程序時被映射到了虛擬內存中。每個段都有不同的功能。
Segment
一般包含下列功能:
- __PAGEZERO: 空指針陷阱段,映射到虛擬內存空間的第一頁,用於捕捉對NULL指針的引用;
- __TEXT: 包含了執行代碼以及其他只讀數據。 為了讓內核將它 直接從可執行文件映射到共享內存, 靜態連接器設置該段的虛擬內存權限為不允許寫。當這個段被映射到內存後,可以被所有進程共享。(這主要用在frameworks, bundles和共享庫等程序中,也可以為同一個可執行文件的多個進程拷貝使用)
- __DATA: 包含了程序數據,該段可寫;
- __LINKEDIT: 含有為動態鏈接庫使用的原始數據,比如符號,字符串,重定位表條目等等。
一般Segment
又會按不同的功能劃分為幾個區(Section
),即段所有字母大小,加兩個下橫線作為前綴,而區則為小寫,同樣加兩個下橫線作為前綴,
Segment
結構體:
```
struct segment_command { / for 32-bit architectures /
uint32_t cmd; / LC_SEGMENT /
uint32_t cmdsize; / includes sizeof section structs /
char segname[16]; / segment name /
uint32_t vmaddr; / memory address of this segment /
uint32_t vmsize; / memory size of this segment /
uint32_t fileoff; / file offset of this segment /
uint32_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 /
};
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 / }; ```
Section
結構體:
```
struct section { / for 32-bit architectures /
char sectname[16]; / name of this section /
char segname[16]; / segment this section goes in /
uint32_t addr; / memory address of this section /
uint32_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) /
};
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 / }; ```
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