iOS启动原理（一） iOS的启动过程一直比较神秘

背景

iOS的启动过程一直比较神秘，这方面的资料也不是太多，大多数的资料都来自

2016年WWDC的一篇视频

，本文的大部分内容来自于视频，算是视频的一个归纳总结再加上自己的一点点感悟吧。

启动的过程

dyld是App的启动器，启动的大部分事情都由dyld完成，iOS的启动大致分为几个部分：

内核将App的执行文件加载到随机地址空间（加载到随机地址主要是因为

ASLR技术

)

内核将dyld的执行文件加载到随机地址空间

内核执行dyld文件

dyld启动App

dyld加载所有App所依赖的dylibs(动态库)

执行rebasing/binding修复地址

Objc Setup

initialize

dyld调用App中的main()，将主动权交还给App

手机内核只负责将App的执行文件和dyld加载到内存中，然后所有的启动工作都交给了dyld。

dyld加载App依赖的dylibs

dyld拿到App的执行文件后，首先从文件的header中解析出App依赖的dylib列表，找到每一个依赖的dylib。打开并读取dylib文件的起始位置，验证签名，确保dylib没有被篡改。验证签名后，对dylib中的每个segment调用

mmap()

segment

一般每个Mach-O文件都会有三个segment:

__TEXT

: 一般处于文件的头部位置，包含Mach header，被执行的代码，和只读常量，只读可执行(r-x)。由于不会被更改，所以读到内存中后可复用

__DATA

: 包含各种变量，可读写(rw-)，由于可以被更改，所以不可复用

__LINKEDIT

: 包含函数名称和对应的地址，只读(r--)

mmap()

文件读入内存并不用一次性读入整个文件，它可以使用分页映射(

mmap()

)的方式进行读取。也就是用到哪个segment，再将哪个segment读入内存，实现文件读入的懒加载。

同时同一个Mach-O文件中的segment也可以映射到多个进程，实现进程之间的内存共享。

__TEXT

和

__LINKEDIT

段都是只读的，不会有进程对它进行修改，它们是可以让所有进程共享的，大家都使用同一份内容。然而

__DATA

段却不是这样，

__DATA

是可读写的，当某一个进程需要对它进行修改时，需要先copy一份出来，映射到新的 RAM 页上。让这个进程拥有自己独立的内存拷贝，进行修改。这就是Copy-On-Write技术，简称COW。

由于

__TEXT

和

__LINKEDIT

段可以进程间共享，只需要在第一次使用的时候进行IO操作，后续即可直接使用，所以App在第一次启动时会比较费时，因为所有的segment读取都需要进行IO操作。后续启动，会快很多，很多segment已经映射到内存中，会被缓存起来，二次启动直接使用，不需要进行IO操作，这就有了iOS中冷启动和热启动的概念：

冷启动：新安装App或者手机重启后，第一次启动。手机需要加载所有的segment

热启动：启动过App后，再次启动。内存中缓存的segment可以直接复用。

执行rebasing/binding修复地址

由于App和每个dylib加载到的都是随机地址空间，代码中原来的函数地址跟真实的函数地址会有差异。修复这个差异的过程就是rebasing和binding。其中rebasing主要做的是image内部的修复，binding主要做的是image间的修复。

Rebasing

对于Image内部的函数，假设它的原地址是A，对应当前地址空间下的新地址是B。那么它所有的函数指针都需要加上地址差(B-A)。所有的Rebasing过程就是从

__LINKEDIT

取出函数指针，修改函数指针，存入

__DATA

中，供函数调用。（原始的函数指针存在

__LINKEDIT

中，修改后的数据存在

__DATA

中)

之前说到，加载文件使用的是mmap技术，

__LINKEDIT

和

DATA

段是在第一次使用时才会执行IO操作，加载到内存中。所以Rebasing阶段，耗时主要是在IO操作上。

Binding

image间的函数指针，实际是被符号名称绑定的，为了找到对应的函数实现，dyld需要去符号表中根据符号名称查找，找到后将地址存到

__DATA

中对应函数指针中。由于IO操作在rebasing阶段已经在做了，所以binding阶段主要耗时在符号表查找的这个过程，这个过程的主要瓶颈在CPU计算上。

Objc Setup

Objc是一门动态语言，为了维持它的动态性，在启动时，需要将类的名称和类的方法都注册起来。Objc Setup阶段，主要是做Class的注册，Method的注册和Category的注册。

一个好的设计模式，一般都推崇写很多类，每个类尽量简单，写很多Category，每个Category都只包含独立模块的方法。但是从启动速度的角度来说，尽量减少类，Category和方法，才会让Objc Setup阶段耗时更少。

initialize

当所有的Class和method都注册过后，系统需要做一些初始化的工作，对于Objective-C而言，主要是需要调用各个类的

+load

方法，所以项目中应该尽量避免使用

+load

方法，正常的初始化工作，可以在

initialize

中实现。StackOverflow上有详细的关于

+load

和

initialize

的对比

End

当上面所有阶段执行完成之后，dyld会调用main()函数，将主动权交还给App。之后才会调用到didFinishLaunch中的代码。

上面介绍的启动时间主要是main()函数之前的启动时间，正常这个时间控制在400ms以内就可以算一个启动速度优异的App了。正常我们关注更多的可能是main()函数后didFinishLaunch中代码的执行时间。但是对用户而言，main()函数之前的时间也是启动的一部分。往往这部分时间也不短，所以不能掉以轻心哦~

作者：小笨狼

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