在上一篇启动优化（上）中讲解一些启动优化相关的知识，最后得到减少缺页中断(pageFault)可以达到启动优化的目的，本文将使用二进制重排优化的目的。

1. 文件和方法的编译顺序

在Build Setting中搜索Link Map，然后将Write Link Map File设置为YES
- 编译项目，然后在Users/xxx/Library/Developer/Xcode/DerivedData/ProjectName(这里是LaunchOptimization)/Build/Intermediates.noindex/LaunchOptimization.build/Debug-iphoneos/LaunchOptimization.build 路径下找到 LaunchOptimization-LinkMap-normal-arm64.txt，如下：
- 打开LaunchOptimization-LinkMap-normal-arm64.txt，如下
  - Address 是地址偏移量，它加上ASLR就是虚拟内存中的地址
  - Size 是占用内存大小
  - File 是文件编号
  - Name 是方法/函数名
这里代码文件的顺序是按 编译顺序 确定的，文件内部的代码是按照书写顺序从上到下的
- 可以通过修改文件的编译顺序和文件中代码来验证，先调整文件编译顺序：
- 在 AppDelegate.m 中增加方法：
- 重新编译生成 .txt 文件
根据调整后方法的打印，得以验证：
- 文件的顺序是根据编译顺序来确定
- 文件中代码的编译顺序是根据书写从上到下编译的顺序确定的

2. 二进制重排

在objc4源码根目录中能看到一个libobjc.order文件：
- 打开 libobjc.order文件：
- 文件里面方法的都是符号名称，这个是给编译器看的，编译器看到后就按照order中符号的顺序去对二进制进行排列。下面进行验证
还用上面 LaunchOptimization工程，在根目录下创建 LaunchOpt.order文件
- 在LaunchOpt.order里写一些符号:
- 然后在Build Setting中搜索Order File，然后配置LaunchOpt.order路径：
Write Link Map File设置为YES，再次运行项目看 .txt 文件
- 原来的_main在第三个顺序现在在第一位，顺序已经换了，没有的符号也会自动忽略

搞定了二进制重排，但我们的目标拿到启动相关的符号，启动涉及的东西很多，方法嵌套函数，函数里又有网络请求，然后又block等等，太多了眼睛都看不过来。那么怎么知道启动时调用了哪些方法，这个时候就需要用到Clang插桩，Clang会读所有的代码，可以无死角的覆盖所有的函数、block等

3. `Clang`插桩

clang官文的SanitizerCoverage处可以看到Tracing PC，PC是CPU读取代码的指针，Tracing PC是跟踪CPU执行到的代码。SanitizerCoverage是LLVM内置的一个简单的代码覆盖率工具，它会在函数，方法和block处插入回调，并提供这些回调的默认实现，并实现简单的覆盖率和可视化。

截屏2021-09-27 17.26.08.png

Hook函数调用

在文档的Tracing PCs with guards处，在编译器中加入-fsanitize-coverage=trace-pc-guard配置，系统会默认实现两个函数：

__sanitizer_cov_trace_pc_guard(&guard_variable)
__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop)

在 LaunchOptimization 工程中来验证。在Build Setting中的Other C Flags中添加-fsanitize-coverage=trace-pc-guard

然后在真机环境下编译，会出现找不到这两个方法符号的错误

所以加上flag后，系统会调用这两个函数，需要手动去实现。根据文档中给的实现案例，复制到ViewController中:

#import "ViewController.h"
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <sanitizer/coverage_interface.h>

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
}
// 里面反应了项目中符号个数
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop) {
  static uint64_t N;  // Counter for the guards.
  if (start == stop || *start) return;  // Initialize only once.
  printf("INIT: %p %p\n", start, stop);
  for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
    *x = ++N;  // Guards should start from 1.
}
// HOOK 一切的回调函数！！
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) { 
    
}
@end

如此这般。。。编译就成功了

`__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init`

__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init函数反映了项目中符号的个数。其中参数start和stop都是uint32_t *类型即4字节的数据，这样for循环每4字节为一个单位从start开始到stop-1(4字节)的结束，将++N存储到对应的位置。如此最后一个++N的位置即是 stop-1(4字节)。

运行后打印得到start和stop的地址，使用x命令读取start内存可以得到存储的数据，stop-4即最后一个数据：

增加方法touchesBegan:方法，然后再运行查看最后一个数据，发现增加了1

增加 C 函数 testCFunc()，然后再运行查看最后一个数据，又增加了1

增加 block，然后再运行查看最后一个数据，又增加了1

结论：__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init能够监控项目中所有OC方法、C函数 和 block，也就是反映了项目中符号的个数

__sanitizer_cov_trace_pc_guard

__sanitizer_cov_trace_pc_guard方法是拦截项目中的方法，相当于Hook

在touchesBegan:中调用testCFunc()函数，然后函数中调用block

运行项目，在__sanitizer_cov_trace_pc_guard函数处打断点，

点击屏幕触发touchesBegan:时堆栈信息：

调用 testCFunc() 函数时堆栈信息：

调用 block 时堆栈信息：

过掉断点发现每执行一个 OC方法/C函数/block都会触发这个函数。

结论：__sanitizer_cov_trace_pc_guard是由项目内部方法，函数，block函数调用，也就是Hook了项目中一切的函数调用

原理

在项目运行起来后，然后在touchesBegan:函数处打断点，点击屏幕查看汇编

通过观察发现在touchesBegan:的汇编实现中先调用了__sanitizer_cov_trace_pc_guard函数，然后在testCFunc函数和block处都打断点发现都是一样的
所以，项目中只要添加了Clang插桩的标记，编译器就会在所有方法、函数、block代码实现的边缘添加一句__sanitizer_cov_trace_pc_guard代码
编译器在所有代码(自己写的代码)中添加这个函数，也就是修改了二进制文件，只有编译器能干这个事情
那么可以在上线前代码审查时使用，上线时，将Other C Flag中的标记清除即可

获取启动符号

接下来需要获取启动符号，首先我们知道现在每个方法都会调用__sanitizer_cov_trace_pc_guard函数，用__builtin_return_address(0)函数就可以获取__sanitizer_cov_trace_pc_guard的调用者函数地址。具体方法如下

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
    // 获取调用者函数的地址
    void *PC = __builtin_return_address(0); 
    Dl_info info; // 符号信息结构体
    dladdr(PC, &info); // 将从PC中获取的函数信息存入结构体中
    
    printf("Dl_info : \nfname: %s\nfbase: %p\nsname: %s\nsaddr: %p\n\n", info.dli_fname, info.dli_fbase, info.dli_sname, info.dli_saddr);
}

Dl_info是一个结构体，用来存储函数相关信息：

typedef struct dl_info {
    const char      *dli_fname;  // 当前项目路径
    void            *dli_fbase;  // 是`MachO`文件的起始位置
    const char      *dli_sname;  // 符号名字(方法名)
    void            *dli_saddr;  // 函数地址
} Dl_info;

dladdr作用是将获取函数的信息存入Dl_info结构体中
验证结果如下：
如此这般便可以用dli_sname直接输出符号名字，就得到了所有方法的调用顺序

坑点分析及解决方案

上面的方式虽然获取到启动时调用的方法，但是有个坑点，就是会在多线程中访问数据代码如下：

可以看出testMethod方法的调用是在子线程

在子线程调用的方法，__sanitizer_cov_trace_pc_guard也在子线程，这时就产生了多线程访问，可能会出现获取 方法信息 顺序错乱的问题。这个可以使用OSAtomicEnqueue()和 OSAtomicDequeue()来线程安全，使获取方法信息顺序不出错

OSAtomicEnqueue()和OSAtomicDequeue() 使用

先导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>，
再将Other C Flag标识符改成：-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard，里面添加了func是仅限函数使用!!!
因为-fsanitize-coverage=trace-pc-guard 标识，默认循环也会调用 __sanitizer_cov_trace_pc_guard，核心代码如下：

// 定义一个原子队列
static OSQueueHead symbolList = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;

// 链表结构体
typedef struct {
    void *pc;   // 存获取到的PC（方法地址）
    void *next; // 指向下一个节点 （下一个方法地址）
} Node;

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
    void *PC = __builtin_return_address(0); 
    // 给node节点分配内存
    Node *node = malloc(sizeof(Node)); 
    // 将PC赋值给node的pc
    *node = (Node){PC, NULL};  
    // 在队列中将新的node节点存入上个节点的next位置
    OSAtomicEnqueue(&symbolList, node, offsetof(Node, next)); 
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // 上面 `Other C Flag`标识符改成：`-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard` 
    // 就是为了避免这里循环，一直调用 __sanitizer_cov_trace_pc_guard
    while (YES) {
        Node *node = OSAtomicDequeue(&symbolList, offsetof(Node, next)); // 在队列上个节点的next位置获取node
        if (node == NULL) {
            break;
        }
        Dl_info info;
        dladdr(node->pc, &info); //将pc信息存入info
        printf("sname: %s\n", info.dli_sname);
    }
}

此时就可以保证线程安全，按真实的顺序取到启动符号了

生成`Order文件`并配置

将打印出来的启动方法放到launchopt.order文件，然后取出来进行二进制重排，代码如下：

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // 上面 `Other C Flag`标识符改成：`-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard` 
    // 就是为了避免这里循环，一直调用 __sanitizer_cov_trace_pc_guard 
    
    NSMutableArray<NSString *> *symbolNameArray = [NSMutableArray array];
    while (YES) {
        Node *node = OSAtomicDequeue(&symbolList, offsetof(Node, next));
        if (node == NULL) { break; }
        Dl_info info;
        dladdr(node->pc, &info);

        printf("sname: %s\n", info.dli_sname);
        NSString *funcName = @(info.dli_sname); // 转成OC字符串
        // 是否是 OC 方法
        BOOL isOcFunc = [funcName hasPrefix:@"-["] || [funcName hasPrefix:@"+["];
        // 生成方法名字
        funcName = isOcFunc ? funcName : [@"_" stringByAppendingString:funcName];
        // 去重
        if (![symbolNameArray containsObject:funcName]) {
            [symbolNameArray insertObject:funcName atIndex:0];
        }
    }

    // 去掉自己
    [symbolNameArray removeObject:[NSString stringWithFormat:@"%s", __func__]];

    // 写入文件
    NSString *funcString = [symbolNameArray componentsJoinedByString:@"\n"];
    NSLog(@"\nfuncString: \n%@", funcString);
    NSString *filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"launchopt.order"];
    NSData *fileData = [funcString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    BOOL isSuccess = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileData attributes:nil];
    if (isSuccess) {
        NSLog(@"写入成功  ✅");
    } else {
        NSLog(@"写入失败 ❌");
    }
}

运行后得到的方法顺序为
在Window->Devices and Simulators选中自己的手机，然后选择当前的LaunchOptimization，再Download Container下载到桌面
- 在右键显示包内容，在AppData/tmp 里找到launchopt.order文件，将文件放到工程根目录
- 然后在Build Setting的Order File配置好路径，
- 然后将Write Link Map File设置为YES，最后删除Other C Flag内容，运行后找到txt文件并打开

此时得到的顺序和打印的一致！

Swift符号获取

首先添加 Swift 代码如下：

class SwiftTest: NSObject {
    @objc class public func swiftTest(){
        print("Swift Test ...")
    }
}

在 viewDidLoad 中调用：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [SwiftTest swiftTest];
}

获取Swift的符号需要在Build Setting->Other Swift Flag处配置-sanitize-coverage=func，与-sanitize=undefined，如下图：

运行项目，输出:

iOS启动优化（下）