iOS重学之启动优化（三）- Clang插桩

写在前面

在 上一篇文章iOS重学之启动优化（二）- 二进制重排 最后我们提出了一个问题：如何精确获取应用启动时刻的符号调用顺序，本篇文章我们就来详细介绍如何通过Clang插桩来对所有的符号进行100%的Hook。

Clang插桩

LLVM内置了一个简单的代码覆盖率检测(SanitizerCoverage)。它在函数级、基本块级和边缘级插入对用户定义函数的调用，并提供了这些回调的默认实现。在认为启动结束的位置添加代码，就能够拿到启动到指定位置调用到的所有函数符号。

LLVM官方文档 也具体介绍了如何使用Tracing PCs with guards来做到Hook所有的函数符号。

Tracing PCs with guards:
可以理解为跟踪代码执行逻辑的一个工具，Clang编译器就可以通过插桩来获取调用的符号顺序。

Xcode配置

在项目Buiding Setting中Other C Flags里面添加 -fsanitize-coverage=trace-pc-guard标识，如下：

2022061601.png

添加Hook代码

在项目里面添加如下两个函数：
首先导入头文件：

#include 
#include 

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop) {
      static uint64_t N;
      if (start == stop || *start) return;
      printf("INIT: %p %p/n", start, stop);
      for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
        *x = ++N;
}

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
  if (!*guard) return;
  void *PC = __builtin_return_address(0);
  char PcDescr[1024];
  printf("guard: %p %x PC %s/n", guard, *guard, PcDescr);
}

函数分析

一、 void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop)
运行项目，打印结果如下：

2022062602.png

可以看到目前stop存放的是14

如果我们在项目里面添加一个方法比如：- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event，运行项目之后再看打印结果如下：

2022062603.png

可以看到目前stop存放的是15

大家如果有兴趣，可以在项目里面再添加几个函数看看stop存放的数字的变化，变化规律是：每添加一个函数、方法、block等，stop存放的数值就会+1。

结论:
__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init 函数作用是：获取整个项目中符号的个数。

二、 void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard)
我们的需求是：能够获取所有方法、函数、block的调用顺序并且知道符号的名称，这样我们就能排列order文件。
1、在项目添加一个OC方法：- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event

在合适位置下断点，运行项目，查看函数调用栈：

2022062604.png

通过查看汇编也可以看到：

2022062605.png

会发现：调用一个OC方法时，会调用到__sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) 方法。

2、在项目里面添加一个C函数：void test()
在合适位置下断点，运行项目，查看函数调用栈：

2022062606.png

通过查看汇编也可以看到：

2022062607.png

会发现：调用一个C函数时，会调用到__sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) 方法。

同理，你也可以添加一个block然后去看函数调用栈和汇编可以得出相同的结论：

结论:
__sanitizer_cov_trace_pc_guard 函数作用是：Hook了项目所有的方法、函数、block。

#import 
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
   if (!*guard) return; // 把这个注释掉 +load方法也会hook到
    Dl_info info;
    void *PC = __builtin_return_address(0);
    dladdr(PC, &info);
    NSLog(@"name:%s/n",info.dli_sname);
}

PC的值是指返回到上一个函数里面，比如是test()函数调用到该方法里面，那么PC的值就是test()函数的值。
我们通过汇编可以看到PC返回的就是上一个符号的函数地址：

2022062608.png

2022062609.png

通过控制台打印：

2022062610.png

分析:
这个空项目启动时刻调用的方法有上面打印的这些，一共是14个，也和我们前面讲void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop)这个函数的作用时的打印是一致的。
我们已经通过上面的函数解决了我们的问题：拿到调用顺序和函数的名称，二进制重排最大的问题我们已经解决。

Order文件

现在我们就可以创建一个.order文件，在文件里面对符号进行排序，把应用启动时刻调用的方法排到前面，这样就可以减少PageFault次数从而减少启动时长，具体如何创建Order文件可以参考上一篇文章：iOS重学之启动优化（二）- 二进制重排 。

总结

关于用Clang插桩的方法去解决二进制重排如何排序的问题到这里就基本结束了，当然也遗留了一些问题：比如如果项目里面有Swift、循环等，这个时候我们的Clang应该如何去做进一步的优化，大家有兴趣的可以自己去研究一下。

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