了解 Mach-O文件

Mach-O文件简介

Mach-O 是Mach Object文件格式的缩写，是运用于mac以及iOS上；它是一种用于可执行文件、目标代码、动态库的文件格式；

Mach-O文件类型

• Executable：应用可执行的二进制文件
• Dylib Library：动态链接库
• Static Library：静态链接库
• Bundle：不能被链接 Dylib，只能在运行使用dlopen()加载
• Relocatable Object File：可重定向文件

Mach-O文件结构

• Header：快速确认Mach-O文件的基本信息
• LoadCommand：加载指令，告诉加载器如何处理二进制数据，处理对方分别为内核，动态链接器等
• Data：函数符号关联操作等
  
  图片来源于苹果文档

- Header

类型：区分32位、64位

结构：

// 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 */
};

注释：
magic：确定Mach-O文件运行框架，如64位/32位
cpu：CPU类型，如arm
cpusubtype：对应CPU类型的具体型号
filetype：文件类型
ncmds：加载命令条数
sizeofcmds：所有加载命令的大小
flags：保留字段
reserved：标志位

- LoadCommand

• cmd：指令类型
• cmdsize： 指令长度

结构

 struct load_command {
    uint32_t cmd;       /* type of load command */
    uint32_t cmdsize;   /* total size of command in bytes */
};

- command 指令类型说明

LC_SEGMENT/LC_SEGMENNT_64

• 作用：将对应段中的数据加载并映射到进程的内存空间

LC_SEGMENT_TEXT

• 作用：代码段，其中_stub_helper用于关联函数bind/rebind

LC_SEGMENT_DATA

• 作用：可读/可写的数据段，函数指针，其中_la_symbol_ptr动态函数个数，及相对动态符号表的偏移量

LC_SEGMENT_LINKEDIT

• 作用：动态链接加载指令，支持动态链接dyld，该段长度覆盖符号表等数据（计算链接时程序的基址），符号表，动态符号表，字符串表段中定义的offset偏移量都是基于_LINKEDIT的vm_add

LC_SYMTAB

• 作用：符号表信息，解析函数名

LC_DYSYMTAB

• 作用：动态符号表信息，地址值为动态函数相对符号表的索引，_la_symbol_ptr对应的cmd可以换算出第一个动态函数对应动态符号表的初始地址，其次存储是连续，结构长度固定的，可以通过遍历获取所有动态函数的对应的符号表索引

LoadCommand

- Data

结构:

• Symbol Table: 符号表
• Dynamic Symbol Table: 动态符号表
• Section: 符号和函数相关联

// Section的数据结构
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) */
};

补充：
lipo命令
使用lifo -info 可以查看MachO文件包含的架构
$lipo -info MachO文件
使用lifo –thin 拆分某种架构
$lipo MachO文件 –thin 架构 –output 输出文件路径
使用lipo -create 合并多种架构
$lipo -create MachO1 MachO2 -output 输出文件路径