趣探 Mach-O：符號解析
阿新 • • 發佈：2018-12-29
這是 Mach-O 系列的第二篇，這篇文章我理解起來感覺不是特別深入，如有問題還望指出，目前也在做更多 Mach-O 的總結，如有新的理解，我也會及時更新文章
符號解析中會遇到很多名詞和函式，首先介紹一下這些知識點，然後符號解析會參照 KSCrash的原始碼來進行分析
Dsym
debugging SYMbols：除錯符號表
當我們build的時候，就會在.app檔案中同時生成一個 Dsym 檔案，我們在後期捕獲到線上 Crash 或者 卡頓 堆疊的地址資訊時，會結合 Dsym 進行符號還原，進而確認卡頓、崩潰的具體位置
ASLR
這個在 趣探 Mach-O：檔案格式分析 這篇文章中也有提到，這裡再深入闡述一下。
ASLR：Address space layout randomization，將可執行程式隨機裝載到記憶體中,這裡的隨機只是偏移，而不是打亂，具體做法就是通過核心將 Mach-O 的段“平移”某個隨機係數
我們再來看一下crash堆疊資訊
| 1234567 | Thread0:0libsystem_kernel.dylib0x10e58110a0x10e56a000+944741libsystem_c.dylib0x10e303b0b0x10e285000+5189232QYPerformanceMonitor0x10afcdf820x10afcc000+80663UIKit0x10bf764f40x10bdf3000+15864204UIKit0x10bf7662c0x10bdf3000+15867325UIKit0x10bf4ad4f0x10bdf3000+1408335 |
我們先關注第三列，這個是函式呼叫完的返回地址，我們也叫做 Frame Pointer Addreass。第四列，是共享物件的的起始地址（Base address of shared object，下面叫做基地址，比如上面的 UIKit）
在終端下，如果我們配合 Dsym 進行符號解析的話，需要這樣子寫指令
| 1 | atos-oYour.app.dSYM/Contents/Resources/DWARF/Your0x10bf764f4-arch arm64-l0x10bdf3000 |
可以發現僅僅依靠 Frame Pointer 和 Dsym 並不能夠進行符號化解析，還需要基地址的配合。為什麼呢？
因為ASLR 引入了一個 slide（偏移），可以通過dyld_get_image_vmaddr_slide() 來進行獲取，函式對應在符號表的地址、slide、frame Pointer address滿足下面這個公式。slide可以通過程式的 api 獲取，也可以通過 Dsym 檔案拿到
| 1 | symbol address＝frame pointer address＋slide |
Dl_info
| 123456789 | /* * Structure filled in by dladdr(). */typedefstructdl_info{constchar*dli_fname;/* Pathname of shared object */void*dli_fbase;/* Base address of shared object */constchar*dli_sname;/* Name of nearest symbol */void*dli_saddr;/* Address of nearest symbol */}Dl_info; |
我們一會經過 dladdr（）處理後的有效資訊都會放進這個結構體中
fname：路徑名，例如
| 1 | /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk/System/Library/Frameworks/CoreFoundation.framework/CoreFoundation |
dli_fbase：剛才講到的共享物件的的起始地址（Base address of shared object，下面叫做基地址，比如上面的 CoreFoundation)dli_saddr ：符號的地址dli_sname：符號的名字，即下面的第四列的函式資訊
12345 Thread0:0libsystem_kernel.dylib0x11135810a__semwait_signal+944741libsystem_c.dylib0x1110dab0bsleep+5189232QYPerformanceMonitor0x10dda4f1b-[ViewController tableView:cellForRowAtIndexPath:]+79633UIKit0x10ed4d4f4-[UITableView _createPreparedCellForGlobalRow:withIndexPath:willDisplay:]+1586420
LC_SYMTAB
| 12345678 | structsymtab_command{uint32_t cmd;/* LC_SYMTAB */uint32_t cmdsize;/* sizeof(struct symtab_command) */uint32_t symoff;/* symbol table offset */uint32_t nsyms;/* number of symbol table entries */uint32_t stroff;/* string table offset */uint32_t strsize;/* string table size in bytes */}; |
符號表在 Mach-O目標檔案中的地址可以通過LC_SYMTAB載入命令指定的 symoff找到，對應的符號名稱在stroff，總共有nsyms條符號資訊
nlist
nlist的資料結構看似比較簡單，但是裡面具有很多的學問，這裡先只簡單介紹一下它的資料結構，足夠我們接下來的分析原始碼即可
| 123456789101112 | /* * This is the symbol table entry structure for 32-bit architectures. */structnlist{union{uint32_t n_strx;/* index into the string table */}n_un;uint8_t n_type;/* type flag, see below */uint8_t n_sect;/* section number or NO_SECT */int16_t n_desc;/* see */uint32_t n_value;/* value of this symbol (or stab offset) */}; |
符號解析
符號解析基本思路如下
- 根據 Frame Pointer 拿到函式呼叫的地址（address）
- 尋找包含地址 (address) 的目標映象(image)
- 拿到映象檔案的符號表、字串表
- 根據 address 、符號表、字串表的對應關係找到對應的函式名
下面分析的主要是ksdl_dladdr函式
首先根據 address，找到目標映象
| 12345678 | boolksdl_dladdr(constuintptr_t address,Dl_info*constinfo){// 初始 Dl_infoinfo->dli_fname=NULL;info->dli_fbase=NULL;info->dli_sname=NULL;info->dli_saddr=NULL;// image indexconstuint32_t idx=ksdl_imageIndexContainingAddress(address); |
後面兩步驟是關鍵
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152 | conststructmach_header*header=_dyld_get_image_header(idx);// slideconstuintptr_t imageVMAddrSlide=(uintptr_t)_dyld_get_image_vmaddr_slide(idx);constuintptr_t addressWithSlide=address-imageVMAddrSlide;// 段基址constuintptr_t segmentBase=ksdl_segmentBaseOfImageIndex(idx)+imageVMAddrSlide;// 拿到了 Pathnameinfo->dli_fname=_dyld_get_image_name(idx);// 拿到了基地址info->dli_fbase=(void*)header;// Find symbol tables and get whichever symbol is closest to the address// 在符號表中查詢哪個符號最接近這個指令的地址// nlistconstSTRUCT_NLIST*bestMatch=NULL;uintptr_t bestDistance=ULONG_MAX;// load commonduintptr_t cmdPtr=ksdl_firstCmdAfterHeader(header);// header->ncmds 代表所有的載入命令，這裡進行遍歷，查詢 LC_SYMTABfor(uint32_t iCmd=0;iCmd ncmds;iCmd++){conststructload_command*loadCmd=(structload_command*)cmdPtr;if(loadCmd->cmd==LC_SYMTAB){// symtab_command LC_SYMTABconststructsymtab_command*symtabCmd=(structsymtab_command*)cmdPtr;// 找到符號表constSTRUCT_NLIST*symbolTable=(STRUCT_NLIST*)(segmentBase+symtabCmd->symoff);// 找到字串表constuintptr_t stringTable=segmentBase+symtabCmd->stroff;// 遍歷符號表for(uint32_t iSym=0;iSym nsyms;iSym++){// If n_value is 0, the symbol refers to an external object.if(symbolTable[iSym].n_value!=0){uintptr_t symbolBase=symbolTable[iSym].n_value;// addr >= symbol.value 說明這個指令在這個函式入口中// 獲取和address的距離找到最接近的一個// 離指令地址addr更近的函式入口地址，才是更準確的匹配項uintptr_t currentDistance=addressWithSlide-symbolBase;if((addressWithSlide>=symbolBase)&&(currentDistance dli_saddr=(void*)(bestMatch->n_value+imageVMAddrSlide);// 符號的名字info->dli_sname=(char*)((intptr_t)stringTable+(intptr_t)bestMatch->n_un.n_strx);break;}}cmdPtr+=loadCmd->cmdsize;}returntrue;} |