mmap 的全称是 memory map，是一种内存映射技能，可以把文件映射到虚拟内存的地址空间里，如许就可以像直接操作内存那样来读写文件。当读取虚拟内存，其对应的文件内容在物理内存中不存在的时候，会触发一个事故：File Backed Page In，把对应的文件内容读入物理内存。
启动的时候，Mach-O 就是通过 mmap 映射到虚拟内存里的(如下图)。下图中部门页被标记为 zero fill，是因为全局变量的初始值往往都是 0，那么这些 0 就没须要存储在二进制里，增加文件大小。操作系统会识别出这些页，在 Page In 之后对其置为 0，这个举动叫做 zero fill。
Page In
启动的路径上会触发许多次 Page In，其实也比力轻易理解，因为启动的会读写二进制中的许多内容。Page In 会占去启动耗时的很大一部门，我们来看看单个 Page In 的过程：
- MMU 找到空闲的物理内存页面
- 触发磁盘 IO，把数据读入物理内存
- 假如是 TEXT 段的页，要进行解密
- 对解密后的页，进行签名验证
此中解密是大头，IO 其次。为什么要解密呢？
因为 iTunes Connect 会对上传 Mach-O 的 TEXT 段进行加密，防止 IPA 下载下来就直接可以看到代码。这也就是为什么逆向里会有个概念叫做“砸壳”，砸的就是这一层 TEXT 段加密。iOS 13 对这个过程进行了优化，Page In 的时候不必要解密了。
二进制重排
既然 Page In 耗时，有没有什么办法优化呢？
启动具有局部性特征，即只有少部门函数在启动的时候用到，这些函数在二进制中的分布是零散的，所以 Page In 读入的数据利用率并不高。假如我们可以把启动用到的函数排列到二进制的连续区间，那么就可以减少 Page In 的次数，从而优化启动时间：
以下图为例，方法 1 和方法 3 是启动的时候用到的，为了执行对应的代码，就必要两次 Page In。假如我们把方法 1 和 3 排列到一起，那么只必要一次 Page In，从而提升启动速度。链接器 ld 有个参数-order_file 支持按照符号的方式排列二进制。获取启动时候用到的符号的有许多种方式，感兴趣的同学可以看看抖音之前的文章：基于二进制文件重排的解决方案 APP 启动速度提升超 15%。
IPA 构建
pipeline
既然要构建，那么必然会有一些地方去定义怎样构建，对应 Xcode 中的两个设置项：
- Build Phase：以 Target 为维度定义了构建的流程。可以在 Build Phase 中插入脚本，来做一些定制化的构建，好比 CocoaPod 的拷贝资源就是通过脚本的方式完成的。
- Build Settings：设置编译和链接相关的参数。特殊要提到的是 other link flags 和 other c flags，因为编译和链接的参数非常多，有些必要手动在这里设置。许多项目用的 CocoaPod 做的组件化，这时候编译选项在对应的.xcconfig 文件里。
以单 Target 为例，我们来看下构建流程：
- 源文件(.m/.c/.swift 等)是单独编译的，输出对应的目的文件(.o)
- 目的文件和静态库/动态库一起，链接出末了的 Mach-O
- Mach-O 会被裁剪，去掉一些不须要的信息
- 资源文件如 storyboard，asset 也会编译，编译后加载速度会变快
- Mach-O 和资源文件一起，打包出末了的.app
- 对.app 签名，防窜改
编译
编译器可以分为两大部门：前端和后端，二者以 IR（中间代码）作为媒介。如许前后端分离，使得前后端可以独立的厘革，互不影响。C 语言家属的前端是 clang，swift 的前端是 swiftc，二者的后端都是 llvm。
- 前端负责预处理，词法语法分析，生成 IR
- 后端基于 IR 做优化，生成机器码
那么怎样利用编译优化启动速度呢？
代码数量会影响启动速度，为了提升启动速度，我们可以把一些无用代码下掉。那怎么统计哪些代码没有用到呢？可以利用 LLVM 插桩来实现。LLVM 的代码优化流程是一个一个 Pass，由于 LLVM 是开源的，我们可以添加一个自定义的 Pass，在函数的头部插入一些代码，这些代码会记录这个函数被调用了，然后把统计到的数据上传分析，就可以知道哪些代码是用不到的了 。
Facebook 给 LLVM 提的 order_file[2]的 feature 就是实现了雷同的插桩。
链接
颠末编译后，我们有许多个目的文件，接着这些目的文件会和静态库，动态库一起，链接出一个 Mach-O。链接的过程并不产生新的代码，只会做一些移动和补丁。
- tbd 的全称是 text-based stub library，是因为链接的过程中只必要符号就可以了，所以 Xcode 6 开始，像 UIKit 等系统库就不提供完整的 Mach-O，而是提供一个只包含符号等信息的 tbd 文件。
举一个基于链接优化启动速度的例子：
最开始教学 Page In 的时候，我们提到 TEXT 段的页解密很耗时，有没有办法优化呢？
可以通过 ld 的-rename_p，把 TEXT 段中的内容，好比字符串移动到其他的段(启动路径上不免会读许多字符串)，从而规避这个解密的耗时。抖音的重定名方案：
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__cstring,__RODATA,__cstring”,
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__const,__RODATA,__const”,
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__gcc_except_tab,__RODATA,__gcc_except_tab”,
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__objc_methname,__RODATA,__objc_methname”,
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__objc_classname,__RODATA,__objc_classname”,
“-Wl,-rename_p,__TEXT,__objc_methtype,__RODATA,__objc_methtype”
裁剪
编译完 Mach-O 之后会进行裁剪(strip)，是因为内里有些信息，如调试符号，是不必要带到线上去的。裁剪有多种级别，一般的设置如下：
- All Symbols，主二进制
- Non-Global Symbols，动态库
- Debugging Symbols，二方静态库
为什么二方库在出静态库的时候要选择 Debugging Symbols 呢？是因为像 order_file 等链接期间的优化是基于符号的，假如把符号裁剪掉，那么这些优化也就不会见效了。
签名 & 上传
裁剪完二进制后，会和编译好的资源文件一起打包成.app 文件，接着对这个文件进行签名。签名的作用是包管文件内容不多不少，没有被窜改过。接着会把包上传到 iTunes Connect，上传后会对__TEXT段加密，加密会减弱 IPA 的压缩效果，增加包大小，也会降低启动速度**（iOS 13 优化了加密过程，不会对包大小和启动耗时有影响）**。
dyld3 启动流程
Apple 在 iOS 13 上对第三方 App 启用了 dyld3，官方数据[3]显示，已往四年新发布的设备中有 93%的设备是 iOS 13，所以我们重点看下 dyld3 的启动流程。
Before dyld
用户点击图标之后，会发送一个系统调用 execve 到内核，内核创建历程。接着会把主二进制 mmap 进来，读取 load command 中的 LC_LOAD_DYLINKER，找到 dyld 的的路径。然后 mmap dyld 到虚拟内存，找到 dyld 的入口函数_dyld_start，把 PC 寄存器设置成_dyld_start，接下来启动流程交给了 dyld。
注意这个过程都是在内核态完成的，这里提到了 PC 寄存器，PC 寄存器存储了下一条指令的地址，程序的执行就是不停修改和读取 PC 寄存器来完成的。
dyld
创建启动闭包
dyld 会首先创建启动闭包，闭包是一个缓存，用来提升启动速度的。既然是缓存，那么必然不是每次启动都创建的，只有在重启手机大概更新/下载 App 的第一次启动才会创建。闭包存储在沙盒的 tmp/com.apple.dyld 目录，清算缓存的时候切记不要清算这个目录。
闭包是怎么提升启动速度的呢？我们先来看一下闭包里都有什么内容：
- dependends，依靠动态库列表
- fixup：bind & rebase 的地址
- initializer-order：初始化调用顺序
- optimizeObjc: Objective C 的元数据
- 其他：main entry, uuid…
动态库的依靠是树状的结构，初始化的调用顺序是先调用树的叶子结点，然后一层层向上，最先调用的是 libSystem，因为他是所有依靠的源头。
为什么闭包能进步启动速度呢？
因为这些信息是每次启动都必要的，把信息存储到一个缓存文件就能避免每次都解析，尤其是 Objective C 的运行时数据（Class/Method**…）解析非常****慢。**
fixup
有了闭包之后，就可以用闭包启动 App 了。这时候许多动态库还没有加载进来，会首先对这些动态库 mmap 加载到虚拟内存里。接着会对每个 Mach-O 做 fixup，包括 Rebase 和 Bind。
- Rebase：修复内部指针。这是因为 Mach-O 在 mmap 到虚拟内存的时候，起始地址会有一个随机的偏移量 slide，必要把内部的指针指向加上这个 slide。
- Bind：修复外部指针。这个比力好理解，因为像 printf 等外部函数，只有运行时才知道它的地址是什么，bind 就是把指针指向这个地址。
举个例子：一个 Objective C 字符串@“1234”，编译到末了的二进制的时候是会存储在两个 p 里的
- __TEXT，__cstring，存储实际的字符串"1234"
- __DATA，__cfstring，存储 Objective C 字符串的元数据，每个元数据占用 32Byte，内里有两个指针：内部指针，指向__TEXT，__cstring中字符串的位置；外部指针 isa，指向类对象的，这就是为什么可以对 Objective C 的字符串字面量发消息的原因。
如下图，编译的时候，字符串 1234 在__cstring的 0x10 处，所以 DATA 段的指针指向 0x10。但是 mmap 之后有一个偏移量 slide=0x1000，这时候字符串在运行时的地址就是 0x1010，那么 DATA 段的指针指向就不对了。Rebase 的过程就是把指针从 0x10，加上 slide 变成 0x1010。运行时类对象的地址已经知道了，bind 就是把 isa 指向实际的内存地址。
LibSystem Initializer
Bind & Rebase 之后，首先会执行 LibSystem 的 Initializer，做一些最基本的初始化：
- 初始化 libdispatch
- 初始化 objc runtime，注册 sel，加载 category
注意这里没有初始化 objc 的类方法等信息，是因为启动闭包的缓存数据已经包含了 optimizeObjc。
Load & Static Initializer
接下来会进行 main 函数之前的一些初始化，主要包括+load 和 static initializer。这两类初始化函数都有个特点：调用顺序不确定，和对应文件的链接顺序有关系。那么就会存在一个隐藏的坑：有些注册逻辑在+load 里，对应会有一些地方读取这些注册的数据，假如在+load 中读取，很有可能读取的时候还没有注册。
那么，怎样找到代码里有哪些 load 和 static initializer 呢？
在 Build Settings 里可以设置 write linkmap，如许在生成的 linkmap 文件里就可以找到有哪些文件里包含 load 大概 static initializer：
- __mod_init_func，static initializer
- __objc_nlclslist，实现+load 的类
- __objc_nlcatlist，实现+load 的 Category
load 举例
假如+load 方法里的内容很简单，会影响启动时间么？好比如许的一个+load 方法？
+ (void)load { printf(“1234”); }
编译完了之后，这个函数会在二进制中的 TEXT 两个段存在：__text存函数二进制，cstring存储字符串 1234。为了执行函数，首先要访问__text触发一次 Page In 读入物理内存，为了打印字符串，要访问__cstring，还会触发一次 Page In。
- 为了执行这个简单的函数，系统要额外付出两次 Page In 的代价，所以 load 函数多了，page in 会成为启动性能的瓶颈。
static initializer 产生的条件
静态初始化是从哪来的呢？以下几种代码会导致静态初始化
- __attribute__((constructor))
- static class object
- static object in global namespace
注意，并不是所有的 static 变量都会产生静态初始化，编译器很智能，对于在编译期间就能确定的变量是会直接 inline。
//会产生静态初始化
class Demo{
static const std::string var_1;
};
const std::string var_2 = “1234”;
static Logger logger;//不会产生静态初始化
static const int var_3 = 4;
static const char * var_4 = “1234”;
std::string 会合成 static initializer 是因为初始化的时候必须执行构造函数，这时候编译器就不知道怎么做了，只能延迟到运行时～
UIKit Init
+load 和 static initializer 执行完毕之后，dyld 会把启动流程交给 App，开始执行 main 函数。main 函数里要做的最重要的事情就是初始化 UIKit。UIKit 主要会做两个大的初始化：
- 初始化 UIApplication
- 启动主线程的 Runloop
由于主线程的 dispatch_async 是基于 runloop 的，所以在+load 里假如调用了 dispatch_async 会在这个阶段执行。
Runloop
线程在执行完代码就会退出，很显着主线程是不能退出的，那么就必要一种机制：事故来的时候执行任务，否则让线程休眠，Runloop 就是实现这个功能的。
Runloop 本质上是一个While 循环，在图中橙色部门的 mach_msg_trap 就是触发一个系统调用，让线程休眠，等待事故到来，唤醒 Runloop，继续执行这个 while循环。
Runloop 主要处理几种任务：Source0，Source1，Timer，GCD MainQueue，Block。在循环的符合时机，会以 Observer 的方式通知外部执行到了哪里。那么，Runloop 与启动又有什么关系呢？
- App 的 LifeCycle 方法是基于 Runloop 的 Source0 的
- 首帧渲染是基于 Runloop Block 的
Runloop 在启动上主要有几点应用：
- 精准统计启动时间
- 找到一个时机，在启动竣事去执行一些预热任务
- 利用 Runloop 打散耗时的启动预热任务
Tips : 会有一些逻辑要在启动之后 delay 一小段时间再回到主线程上执行，对于性能较差的设备，主线程 Runloop 可能不停处于忙的状态，所以这个 delay 的任务并不一定能按时执行。
AppLifeCycle
UIKit 初始化之后，就进入了我们认识的 UIApplicationDelegate 回调了，在这些会调里去做一些业务上的初始化：
- willFinishLaunch
- didFinishLaunch
- didFinishLaunchNotification
要特殊提一下 didFinishLaunchNotification，是因为大家在埋点的时候通常会忽略另有这个通知的存在，导致把这部门时间算到 UI 渲染里。
First Frame Render
一般会用 Root Controller 的 viewDidApper 作为渲染的终点，但其实这时候首帧已经渲染完成一小段时间了，Apple 在 MetricsKit 里对启动终点定义是第一个CA::Transaction::commit()。
什么是 CATransaction 呢？我们先来看一下渲染的大抵流程
iOS 的渲染是在一个单独的历程 RenderServer 做的，App 会把 Render Tree 编码打包给 RenderServer，RenderServer 再调用渲染框架(Metal/OpenGL ES)来生成 bitmap，放到帧缓冲区里，硬件根据时钟信号读取帧缓冲区内容，完成屏幕革新。CATransaction 就是把一组 UI 上的修改，归并成一个事件，通过 commit 提交。
渲染可以分为四个步调
- Layout（布局），源头是 Root Layer 调用[CALayer layoutSubLayers]，这时候 UIViewController 的 viewDidLoad 和 LayoutSubViews 会调用，autolayout 也是在这一步见效
- Display（绘制），源头是 Root Layer 调用[CALayer display]，假如 View 实现了 drawRect 方法，会在这个阶段调用
- Prepare（准备），这个过程中会完成图片的解码
- Commit（提交），打包 Render Tree 通过 XPC 的方式发给 Render Server
启动 Pipeline
详细回首下整个启动过程，以及各个阶段耗时的影响因素：
- 点击图标，创建历程
- 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门，这里只会注册 sel 和装载 category
总结：
面试是一个不停学习、不停自我提升的过程，有时机还是出去面面，至少能想到查漏补缺效果，而且有些知识点，可能你自以为知道，但让你说，并不一定能说得很好。
有些东西有压力才有动力，而学到的知识点，都是钱（因为技能职员大部门环境是根据你的能力来定级、来发薪水的），技多不压身。
附上我的面试各大专题整理： 面试指南，满满的都是干货，希望对大家有资助！
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- 点击图标，创建历程
- 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门，这里只会注册 sel 和装载 category
总结：
面试是一个不停学习、不停自我提升的过程，有时机还是出去面面，至少能想到查漏补缺效果，而且有些知识点，可能你自以为知道，但让你说，并不一定能说得很好。
有些东西有压力才有动力，而学到的知识点，都是钱（因为技能职员大部门环境是根据你的能力来定级、来发薪水的），技多不压身。
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[外链图片转存中…(img-Wojafow6-1715314132409)]
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