iOS ADRP汇编指令与虚拟内存

WBBlades
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作者不知何许人也，亦不详其姓字。因喜魏晋，号竹林七闲。好编程，不求甚解；每有会意，便欣然忘食。常著文章自娱，颇示己志。奈水平有限，如有纰漏欢迎指教。

ADRP指令与虚拟内存

代码源码片段

图片1

问题

  • 不同行数下的UITextView如何索引？
  • ADRP指令有什么作用？

viewDidLoad中UITextView对应的汇编代码

图片1

通过image list 命令查看，当前App的ASLR为0x0000000104be4000

图片1

ADRP指令公式：PC寄存器所在的页数 + 页数常量(如上面的846) = 总页数 * 4k(1页大小， k：1024 * 4 bytes)

17行处PC寄存器的值(PC寄存器的值即当前指令执行的地址)：0x0000000104be7dcc

Mach-O对应偏移为（起点为零，相当于在Mach-O view查看汇编代码所在的位置）：0x0000000104be7dcc - 0x0000000104be4000 = 0x0000000000003dcc

那么当前PC寄存器所在的虚拟内存的页数如何计算呢？

  • 虚拟内存的大小？ 虚拟内存是按页分布的，虚拟内存中每页的大小为4K： 4 * 1024，16进制的对应标识：0x1000, 二进制对应的标识：1000000000000
  • 页数计算方式 当前指令的内存地址/4K； 因为计算机指令中没有除法， 所以通过 指令的内存地址 << 12的方式计算；也就是通过清空当前地址的低12位的
  • 那么执行adrp指令时PC寄存器所在的页数是多少呢？
PC寄存器的值：0x0000000104be7dcc
PC寄存器相对内存偏：0x0000000104be7dcc - 0x0000000104be4000 = 0x0000000000003dcc；
PC寄存器所在页数计算：0x0000000000003dcc << 12  = 0x0000000000003000
所以虚拟内存对应在第3页；
  • adrp   x8, 846 解读
执行adrp指令时PC寄存器所在的页数(0x0000000104be7dcc) + 846页  = 3页 + 846页 = 849页，
并将这个计算结果存储到x8寄存器中；
  • 那么UITextView对应的具体地址是多少？
ldr    x0, [x8, #0x518]:
x8 + 0x518 地址下的值（[]即取值）， 并放到x0寄存器中（UITextView class地址）
【x8值】= 849页虚拟内存的起始地址：849页 =  849 * 1024 *4 （10进制） = 0x00351000（16进制）,
【x8 + 0x518】 = 849页 + 0x518 =
0x00351000 + 0x518 + 0x0000000104be4000 (ASLR) = 0x0000000104f35518
【x0】 = 0x0000000104f35518 的值， 即 *0x0000000104f35518

下面， 通过memory read指令， 查看0x0000000104f35518对应的值，即[x8, #0x518],[]是取值的意思

(lldb) memory read 0x0000000104f35518
0x104f35518: 88 8d 2c d8 01 00 00 00 10 58 2a d8 01 00 00 00  ..,......X*.....
0x104f35528: 18 56 f3 04 01 00 00 00 d8 dc 28 d8 01 00 00 00  .V........(.....
读取出的值为：0x01d82c8d88（memory read 是内存是从低到高分布的，所以88在低地址位， 01对应高地址位）

反汇编0x01d82c8d88：

(lldb) dis -s 0x01d82c8d88
UIKitCore`UITextView:
    0x1d82c8d88 <+0>:  prfm   #0x18, 0x1d8321f2c        ; (void *)0xd0332e3800000000
    0x1d82c8d8c <+4>:  udf    #0x1
    0x1d82c8d90 <+8>:  prfm   #0x18, 0x1d8322c2c        ; (void *)0xd8322c5800000001
    0x1d82c8d94 <+12>: udf    #0x1
    0x1d82c8d98 <+16>: .long  0x801955b0                ; unknown opcode
    0x1d82c8d9c <+20>: udf    #0x1
    0x1d82c8da0 <+24>: udf    #0x0
    0x1d82c8da4 <+28>: udf    #0x991

由此可见，0x01d82c8d88正是UITextView所对应的符号实际的内存地址；我们通过Mach-OView查看一下：

UITextView 在 Mach-OView符号地址 = 0x0000000104f35518 - ALSR = 0x0000000104f35518 - 0x0000000104be4000（ALSR）
 = 0x00351518

0x00351518在Mach-O对应的是：

图片1

原来0x00351518在Mach-O中对应的__Objc_classrefs中第一个Class地址，那么0x00351518存放的值是什么呢？继续追查Mach-O：

图片1

通过Mach-O的Binding信息，我们发现， 在UIKit库加载时， 会往0x00351518处写入UITextView Class的真实地址，与上述运行时调试时信息一致（UITextView是系统符号 ，所以在dyld加载过程中通过binding的方式写入）。

injected中UITextView符号如何索引呢(不同方法不同代码行，PC指令寄存器会变化)？

同样是调用UITextView符号， 先看下injected对应的UITextView符号获取的汇编代码 图片1

当前PC寄存器虚拟内存页数为：0x104f2d5f8-0x0000000104be4000(ALSR) =
0x00000000003495f8 << 12 = 0x349页（16进制） = 841页（10进制）
所以adrp = PC虚拟内存页数 + 8页 = 841页 + 8页 = 849页，
所以ldr    x0, [x8, #0x518] 依然是 =  虚拟内存849(0x351)页，
偏移0x518处(截图中显示528， 不小心截错代码行数了， 大家见谅， 当做518看，重新截图太费劲，重要的是过程)。

综上， UITextView（符号）加载后，符号所在的虚拟内存页数不会发生变化。 所以在汇编代码中， adrp是获取UITextView（符号）的页数，会因PC寄存器所在的页数不同，adrp后面的常量会随之变化。具体公式如下:

adrp指令对应的PC寄存器所在虚拟内存的页数+常量页数 = 符号页数（符号页数是固定的）。

符号页数的确认方式

那么，Mach-O中， 没有ALSR， 上述的UITextView符号的页数如何表示呢？先看下viewDidLoad的汇编 adrp所对应的指令：图片1

同理，在看下，Mach-OView中，Inject方法中UITextView对应的汇编： 图片1

惊人的发现，Mach-O（单arm64架构，多架构未必符合此结论， 段迁移也不知道是否会有影响），因为没有ASLR， 所以在任意函数， 其符号不变（如UITextView）在任意指令下其符号偏移都是常量， 直接是符号虚拟内存所对应的页数。如，在Mach-O中，UITextView的adrp指令， 常量部分都是0x10351000, 也就是UITextView加载时虚拟内存所在的页数。

那么如何在Mach-OView中直接确认UITextView符号的虚拟内存所在的起始页数以及偏移常量呢？

因为UITextView是系统动态库符号，所以在Mach-O的Segment:__DATA, Section:__classref中，如下图所示：

图片1 

在Mach-O结构中，一旦编译链接成功，UITextView（任意特定符号，本文系统动态库符号是个一般例子）所对应虚拟内存的页数以及偏移就是固定的。

关于Mach-O，欢迎前往58同城iOS团队开源项目，里面有大量Mach-O相关的功能与代码，如有所得，欢迎star：github.com/wuba/WBBlad…。

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