1.概念

1.1.测量Pre-main Time

在工程的scheme中添加环境变量DYLD_PRINT_STATISTICS，看main之前的时间消耗

image.png

打印日志

Total pre-main time: 1.5 seconds (100.0%)
         dylib loading time: 313.91 milliseconds (20.1%)
        rebase/binding time: 123.22 milliseconds (7.8%)
            ObjC setup time: 334.22 milliseconds (21.4%)
           initializer time: 788.62 milliseconds (50.5%)
           slowest intializers :
             libSystem.B.dylib :   7.32 milliseconds (0.4%)
    libMainThreadChecker.dylib :  46.57 milliseconds (2.9%)
          libglInterpose.dylib : 413.99 milliseconds (26.5%)
             marsbridgenetwork :  82.43 milliseconds (5.2%)
                          mars :  34.93 milliseconds (2.2%)
                        xxxx : 219.34 milliseconds (14.0%)

dylib loading time：

载入动态库，这个过程中，会去装载app使用的动态库，而每一个动态库有它自己的依赖关系，所以会消耗时间去查找和读取。对于Apple提供的系统动态库，做了高度的优化。而对于开发者定义导入的动态库，则需要在花费更多的时间。Apple官方建议尽量少的使用自定义的动态库，或者考虑合并多个动态库，其中一个建议是当大于6个的时候，则需要考虑合并它们

rebase/binding time：

在这个过程中，变基需要进行 IO 操作，绑定需要进行计算操作( IO 操作已经由变基完成)。这个过程主要就是修复 __DATA 段中的指针。
优化方案
1.减少 __DATA 段中需要修复的指针的数量

减少 Objective-C 中的元数据（classes, selectors, and categories）
3.减少 C++ 虚函数的数量
4.优先使用 Swift 中的 struct
5.检查工具生成的代码（避免使用指针，可使用结构体进行替代，或者标记为只读）

ObjC setup time

在这个过程中，主要进行类注册、处理 Non-fragile ivars offset 更新、分类(Category)注册、Selector 唯一化处理等操作。每增加2万个类会增加800毫秒

initializer time:

这一份指代的是执行+initialize方法的时间。如果你执行了+load方法(不建议)，尽量使用+initialize代替
对于 C/C++， attribute((constructor)) 会在这个阶段生成初始化方法，尽量避免使用。
总结
设置 DYLD_PRINT_STATISTICS 环境变量，测量启动耗时
减少启动耗时的方法：
a. 减少 dylibs 的数量
b. 缩减 ObjC 类和分类(Category)的数量
c. 消除静态初始化方法
尽可能使用 Swift
在main之后
懒加载
不需要的类干掉
启动时多线程启动，尽量发挥cpu性能
启动的页面最好用存代码书写，尽量不用xib和storyboard

1.2虚拟内存与物理内存

虚拟内存与物理内存

image.png

image.png

系统一般分配虚拟内存位4G，在iOS系统一个页的大小为16K，Mac linux为4K

1.3缺页中断

进程线性地址空间里的页面不必常驻内存，在执行一条指令时，如果发现他要访问的页没有在内存中（即存在位为0），那么停止该指令的执行，并产生一个页不存在的异常，对应的故障处理程序可通过从外存加载该页的方法来排除故障，之后，原先引起的异常的指令就可以继续执行，而不再产生异常。
缺页中断在进程运行时，处理起来时间比较短，如果在进程启动的时候出现过多的缺页中断，则会影响我们的启动体验，二进制重排就是改善缺页中断，让项目启动时减少缺页中断，进而缩短启动时间，优化用户体验。
查看项目的缺页数。
使用Xcode的Instruments中的System Trace

res.gif

2.二进制重排

查看项目中的二进制排列顺序
在Build Settings中搜索link map ，

image.png

我们可以在path to Link map file中看二进制排列顺序的文件

image.png

我们怎么设置项目，让项目按照我们设定的二进制顺序执行呢？首先创建文件，在项目的跟目录中创建order文件my.order，在Build Settings中Order file设置我们创建的order文件 ./learnopt.order
接下来我们要在我们创建的文件中设定二进制顺序
如何检测自己启动时刻需要调用的所有方法

hook objc_MsgSend ：( 只能拿到 oc 以及 swift 加上 @objc dynamic 修饰后的方法 ) .
静态扫描 macho ：特定段和节里面所存储的符号以及函数数据 . (静态扫描 , 主要用来获取 load 方法 , c++ 构造(有关 c++ 构造 , 参考从头梳理 dyld 加载流程这篇文章有详细讲述和演示 ) .
clang 插桩： ( 完美版本 , 完全拿到 swift , oc , c , block 全部函数 )

clang 插桩

clang文档介绍
在Building Settings中搜到other c并设值为-fsanitize-coverage=trace-pc-guard
并按照文档实现__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init和__sanitizer_cov_trace_pc_guard函数

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                                   uint32_t *stop) {
 static uint64_t N;  // Counter for the guards.
 if (start == stop || *start) return;  // Initialize only once.
 printf("INIT: %p %p\n", start, stop);
 for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
   *x = ++N;  // Guards should start from 1.
}
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
  if (!*guard) return;  // Duplicate the guard check.
  // If you set *guard to 0 this code will not be called again for this edge.
  // Now you can get the PC and do whatever you want:
  //   store it somewhere or symbolize it and print right away.
  // The values of `*guard` are as you set them in
  // __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init and so you can make them consecutive
  // and use them to dereference an array or a bit vector.
  void *PC = __builtin_return_address(0);
  char PcDescr[1024];
  // This function is a part of the sanitizer run-time.
  // To use it, link with AddressSanitizer or other sanitizer.
//  __sanitizer_symbolize_pc(PC, "%p %F %L", PcDescr, sizeof(PcDescr));
  printf("guard: %p %x PC %s\n", guard, *guard, PcDescr);
}

报错找不到__sanitizer_symbolize_pc，于是注释掉__sanitizer_symbolize_pc方法
在viewController方法中添加touchesBegan方法

INIT: 0x102f113e0 0x102f11420
//查看star和end
(lldb) x 0x102f113e0
0x102f113e0: 01 00 00 00 02 00 00 00 03 00 00 00 04 00 00 00  ................
0x102f113f0: 05 00 00 00 06 00 00 00 07 00 00 00 08 00 00 00  ................
(lldb) x 0x102f11420-0x4
0x102f1141c: 10 00 00 00 b0 d2 17 03 01 00 00 00 00 00 00 00  ................
0x102f1142c: 00 00 00 00 66 b3 f0 02 01 00 00 00 00 00 00 00  ....f...........

我们增加一个方法,然后查看

void (^Block)(void) = ^{
    
};
INIT: 0x104a89570 0x104a895b4
(lldb) x 0x104a895b0
0x104a895b0: 11 00 00 00 00 00 00 00 11 00 00 00 00 00 00 00  ................
0x104a895c0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00  ................
(lldb) x 0x104a89570
0x104a89570: 01 00 00 00 02 00 00 00 03 00 00 00 04 00 00 00  ................
0x104a89580: 05 00 00 00 06 00 00 00 07 00 00 00 08 00 00 00  ................

当增加一个方法，函数或者block时，总个数会增加。
在__sanitizer_cov_trace_pc_guard搜集调用的方法

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
  if (!*guard) return;  // Duplicate the guard check.
  void *PC = __builtin_return_address(0);
    SYNode * node = malloc(sizeof(SYNode));
     *node = (SYNode){PC,NULL};
     
     //加入结构!
  OSAtomicEnqueue(&symbolList, node, offsetof(SYNode, next));
}

在-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event 中处理方法

-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    //定义数组
    NSMutableArray * symbolNames = [NSMutableArray array];
    
    while (YES) {//一次循环!也会被HOOK一次!!
       SYNode * node = OSAtomicDequeue(&symbolList, offsetof(SYNode, next));
        
        if (node == NULL) {
            break;
        }
        Dl_info info = {0};
        dladdr(node->pc, &info);
//        printf("%s \n",info.dli_sname);
        NSString * name = @(info.dli_sname);
        free(node);
        NSLog(@"%@",name);
        BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["]||[name hasPrefix:@"-["];
        NSString * symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];
        //是否去重??
        [symbolNames addObject:symbolName];

    }
    NSLog(@"%@",symbolNames);

}

当我们点击屏幕时一直打印touchesBegan，查看堆栈信息，在while时也会调用__sanitizer_cov_trace_pc_guard，，修改other c配置信息。
-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard
修改后的打印结果

(
    "-[ViewController touchesBegan:withEvent:]",
    "-[SceneDelegate sceneDidBecomeActive:]",
    "-[SceneDelegate sceneWillEnterForeground:]",
    "-[ViewController viewDidLoad]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate scene:willConnectToSession:options:]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate setWindow:]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[AppDelegate application:didFinishLaunchingWithOptions:]",
    "_main"
)

如果添加load方法呢？在打印日志中没有看到load的方法
注释__sanitizer_cov_trace_pc_guard中的if (!*guard) return;
查看日志

(
    "-[ViewController touchesBegan:withEvent:]",
    "-[SceneDelegate sceneDidBecomeActive:]",
    "-[SceneDelegate sceneWillEnterForeground:]",
    "-[ViewController viewDidLoad]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate scene:willConnectToSession:options:]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[SceneDelegate setWindow:]",
    "-[SceneDelegate window]",
    "-[AppDelegate application:didFinishLaunchingWithOptions:]",
    "_main",
    "+[ViewController load]"
)

添加swift方法，并调用，可是没有看到打印，配置swift相关内容
在other swift配置 -sanitize-coverage=func和-sanitize=undefined

image.png

查看打印日志

image.png

拿到调用顺序，然后我们编辑order文件。前后对比我们可以看出减少了缺页异常的数量
我们可以把调用顺序写到文件里，然后把order文件copy到项目跟目录下增加代码如下

  NSEnumerator * enumerator = [symbolNames reverseObjectEnumerator];
    
    //创建一个新数组
    NSMutableArray * funcs = [NSMutableArray arrayWithCapacity:symbolNames.count];
    NSString * name;
    //去重!
    while (name = [enumerator nextObject]) {
        if (![funcs containsObject:name]) {//数组中不包含name
            [funcs addObject:name];
        }
    }
    [funcs removeObject:[NSString stringWithFormat:@"%s",__FUNCTION__]];
    //数组转成字符串
    NSString * funcStr = [funcs componentsJoinedByString:@"\n"];
    //字符串写入文件
    //文件路径
    NSString * filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"myself.order"];
    //文件内容
    NSData * fileContents = [funcStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];

查看myself.order文件

res.gif

demo
Cocoapdos中有一个AppOrderFiles推荐使用，需要简单设置
In build settings of your Xcode project/target, add -fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard under "Other C Flags". If you are using Swift, also add -sanitize-coverage=func and -sanitize=undefined under "Other Swift Flags".

iOS-OC启动优化：clang插桩实现二进制重排

1.概念

1.1.测量Pre-main Time

dylib loading time：

rebase/binding time：

ObjC setup time

initializer time:

1.2虚拟内存与物理内存

1.3缺页中断

2.二进制重排

clang 插桩

你可能感兴趣的:(iOS-OC启动优化：clang插桩实现二进制重排)