启动过程

进程创建 -> 第一个 CATransaction::Commit

Mach-O

分主二进制和动态库

Header
Load Commands: 存储 Mach-O 的布局信息和依赖动态库的信息
Data: 包含代码和数据,每个 Data 包含多个 Segment，每个 Segment 包含多个 Section

标准的 Segment

TEXT: 代码段，存储函数二进制代码__text,常量字符串__cstring,OC的类方法名等信息
DATA: 数据段，存储 OC 的字符串__cstring,运行时的元数据
LINKEDIT: 启动 App 需要的信息，bind & rebase 地址，代码签名、符号表

dyld

App 启动辅助程序

dyld2: iOS3-iOS12,dyld shared cache, 将 UIKit 合成一个大文件，提升加载性能的缓存文件
dyld3: iOS13+, 使用启动闭包，包含启动所需的缓存信息，提升启动速度

虚拟内存

虚拟内存是在物理内存的基础上建立的一层逻辑地址，提供连续访问地址空间。虚拟内存跟物理内存按 Page 为单位映射，不是一一映射的。
iPhone6S 后物理内存Page大小是 16k

mmap

一种将文件映射到虚拟内存空间的技术，通过操作内存一样读取文件。读取虚拟内存时，文件在物理内存中不存在，触发一个事件：File Backed Page In，Page In 后会进行 zero fill

Page In 过程

MMU 找到空闲的物理内存页
触发 IO，数据读取到物理内存
如果是 TEXT段的页，解密 (代码混淆，iOS13 进行优化，Page In 不需要解密)
解密后的页进行验签

二进制重排

启动具有局部特征，函数在二进制中的位置是随机分布的，所以 Page In 读入数据利用率不高，因此把启动阶段的函数排列到二进制的连续空间，这样可以降低 Page In 的次数，从而优化启动时间。链接器的 ld 有一个order_file支持按照符号的方式进行二进制重排。

IPA 构建过程

源文件(m,swift.c)编译输出.o文件
目前文件跟静态库/动态库一起链接 mach-O
mach-O裁剪
编译资源文件(asset, storyboard)
mach-O,资源文件打包.app
app 签名防篡改

编译

编译前端(clang,switc)：语法分析，词法分析生成IR
编译后端(LLVM)将IR生成机器码

编译优化

下线无用代码控制代码数量, LLVM 插桩的方式标记无用代码

链接优化

通过ld的-rename_section将 TEXT 中的诸如 sctring 移动到其他段,节约解密耗时。

dyld3 启动过程

Before dyld
- 用户点击 icon
- 发送系统消息 execve 到内核
- 把主二进制 mmap 进来，找到 Load Commands 中的 LC_LOAD_DYLINKER，找到 dyld 路径
- mmap dyld到虚拟内存，找到 dyld入口函数 dyld_start，将 PC 寄存器设置为 dyld_start
dyld
- 创建启动闭包，启动闭包存储到沙盒
- 启动闭包包含：
  - dependends: 动态库依赖列表
  - fixup: bind & rebase 地址
  - initial-order：初始化调用顺序
  - optimizeObjc: objc元数据 (解析很慢)
  - 其他: main entry, uuid
- fixup
  - 加载动态库时先把每个动态库 mmap到虚拟内存，然后会对每个 mach-o fixup, bind 修复内部指针，加上随机偏移，rebase 修复外部指针，引用外部函数运行时才知道真正的地址。
- LibSystem Initialize
  - 初始化 libdispatch
  - 初始化 runtime，注册 SEL， category
- Load & Static Initialize
  - 调用顺序不确定，跟链接文件顺序有关
  - static initialize 产生条件
    - __attribute ((constructor))
    - static class object
    - static object in global namespace
main函数
- 初始化 UIApplication
- 启动 Runloop
AppLifeCycle
- willFinishLaunch
- didFinishLaunch
- didFinishLaunchNotification
First Frame Render
- Layout
- Display
- Prepare: 图片解码
- Commit：打包 Render Tree 通过 XPC 提交给 Render Server

启动过程总结

点击图标，创建进程
mmap 主二进制，找到 dyld 的路径
mmap dyld，把入口地址设为_dyld_start
重启手机/更新/下载 App 的第一次启动，会创建启动闭包
把没有加载的动态库 mmap 进来，动态库的数量会影响这个阶段
对每个二进制做 bind 和 rebase，主要耗时在 Page In，影响 Page In 数量的是 objc 的元数据
初始化 objc 的 runtime，由于闭包已经初始化了大部分，这里只会注册 sel 和装载 category
+load 和静态初始化被调用，除了方法本身耗时，这里还会引起大量 Page In
初始化 UIApplication，启动 Main Runloop
执行 will/didFinishLaunch，这里主要是业务代码耗时
Layout，viewDidLoad 和 Layoutsubviews 会在这里调用，Autolayout 太多会影响这部分时间
Display，drawRect 会调用
Prepare，图片解码发生在这一步
Commit，首帧渲染数据打包发给 RenderServer，启动结束

dyld2 & dyld3

dyld2 缺少闭包，每次启动需要:

解析动态库依赖关系
解析 LINTEDIT，找到 bind & rebase 地址，找到 bind 符号地址
注册 objc Class/Method等元数据

Reference

juejin.cn/post/688774…

To The West - Launch Progress