macOS GCD - Grand Central Dispatch

Reading time: 8 minutes

Basiese Inligting

Grand Central Dispatch (GCD), ook bekend as libdispatch (libdispatch.dyld), is beskikbaar in beide macOS en iOS. Dit is 'n tegnologie wat deur Apple ontwikkel is om toepassingsondersteuning vir gelyktydige (multithreaded) uitvoering op multicore hardeware te optimaliseer.

GCD bied en bestuur FIFO-rye waaraan jou toepassing take kan indien in die vorm van blokobjekte. Blokke wat aan afleweringsrye ingedien word, word op 'n poel van drade wat volledig deur die stelsel bestuur word, uitgevoer. GCD skep outomaties drade om die take in die afleweringsrye uit te voer en skeduleer daardie take om op die beskikbare kerne te loop.

Dit is baie nuttig om parallelle uitvoering suksesvol te bestuur, wat die aantal drade wat prosesse skep, aansienlik verminder en die parallelle uitvoering optimaliseer. Dit is ideaal vir take wat groot parallelisme vereis (brute-forcing?) of vir take wat nie die hoofdraad moet blokkeer nie: Byvoorbeeld, die hoofdraad op iOS hanteer UI-interaksies, so enige ander funksionaliteit wat die toepassing kan laat hang (soek, toegang tot 'n web, lees 'n lêer...) word op hierdie manier bestuur.

Blokke

'n Blok is 'n self-onderhoudende gedeelte van kode (soos 'n funksie met argumente wat 'n waarde teruggee) en kan ook gebonde veranderlikes spesifiseer.
Echter, op kompilervlak bestaan blokke nie, hulle is os_objects. Elke van hierdie objekten bestaan uit twee strukture:

• blok letterlik:
• Dit begin met die isa veld, wat na die blok se klas wys:
• NSConcreteGlobalBlock (blokke van __DATA.__const)
• NSConcreteMallocBlock (blokke in die heap)
• NSConcreateStackBlock (blokke in die stapel)
• Dit het flags (wat velde aandui wat in die blok beskrywer teenwoordig is) en 'n paar gereserveerde bytes
• Die funksie-aanwyser om aan te roep
• 'n Aanwyser na die blok beskrywer
• Blok ingevoerde veranderlikes (indien enige)
• blok beskrywer: Die grootte hang af van die data wat teenwoordig is (soos aangedui in die vorige vlae)
• Dit het 'n paar gereserveerde bytes
• Die grootte daarvan
• Dit sal gewoonlik 'n aanwyser na 'n Objective-C styl handtekening hê om te weet hoeveel ruimte vir die parameters benodig word (vlag BLOCK_HAS_SIGNATURE)
• As veranderlikes verwys word, sal hierdie blok ook aanwysers na 'n kopie-hulpbron (wat die waarde aan die begin kopieer) en 'n ontslag-hulpbron (wat dit vrymaak) hê.

Rye

'n Afleweringsry is 'n benoemde objek wat FIFO-ordening van blokke vir uitvoerings bied.

Blokke word in rye gestel om uitgevoer te word, en hierdie ondersteun 2 modi: DISPATCH_QUEUE_SERIAL en DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT. Natuurlik sal die seriale een nie race condition probleme hê nie, aangesien 'n blok nie uitgevoer sal word totdat die vorige een klaar is nie. Maar die ander tipe ry mag dit hê.

Standaard rye:

• .main-thread: Van dispatch_get_main_queue()
• .libdispatch-manager: GCD se ry bestuurder
• .root.libdispatch-manager: GCD se ry bestuurder
• .root.maintenance-qos: Laaste prioriteit take
• .root.maintenance-qos.overcommit
• .root.background-qos: Beskikbaar as DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND
• .root.background-qos.overcommit
• .root.utility-qos: Beskikbaar as DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_NON_INTERACTIVE
• .root.utility-qos.overcommit
• .root.default-qos: Beskikbaar as DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT
• .root.background-qos.overcommit
• .root.user-initiated-qos: Beskikbaar as DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH
• .root.background-qos.overcommit
• .root.user-interactive-qos: Hoogste prioriteit
• .root.background-qos.overcommit

Let op dat dit die stelsel sal wees wat besluit watter drade watter rye op enige tyd hanteer (meervoudige drade mag in dieselfde ry werk of dieselfde draad mag op verskillende rye op 'n sekere tyd werk)

Attributte

Wanneer 'n ry geskep word met dispatch_queue_create is die derde argument 'n dispatch_queue_attr_t, wat gewoonlik of DISPATCH_QUEUE_SERIAL (wat eintlik NULL is) of DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT is wat 'n aanwyser na 'n dispatch_queue_attr_t struktuur is wat toelaat om sommige parameters van die ry te beheer.

Afleweringsobjekte

Daar is verskeie objekte wat libdispatch gebruik en rye en blokke is net 2 daarvan. Dit is moontlik om hierdie objekten te skep met dispatch_object_create:

• blok
• data: Data blokke
• group: Groep van blokke
• io: Async I/O versoeke
• mach: Mach poorte
• mach_msg: Mach boodskappe
• pthread_root_queue: 'n ry met 'n pthread draadpoel en nie werkrye nie
• ry
• semaphore
• bron: Gebeurtenisbron

Objective-C

In Objective-C is daar verskillende funksies om 'n blok te stuur om parallel uitgevoer te word:

• dispatch_async: Dien 'n blok in vir asynchrone uitvoering op 'n afleweringsry en keer onmiddellik terug.
• dispatch_sync: Dien 'n blokobjek in vir uitvoering en keer terug nadat daardie blok klaar is met uitvoer.
• dispatch_once: Voer 'n blokobjek slegs een keer uit vir die leeftyd van 'n toepassing.
• dispatch_async_and_wait: Dien 'n werksitem in vir uitvoering en keer terug slegs nadat dit klaar is met uitvoer. Anders as dispatch_sync, respekteer hierdie funksie al die attributen van die ry wanneer dit die blok uitvoer.

Hierdie funksies verwag hierdie parameters: dispatch_queue_t ry, dispatch_block_t blok

Dit is die struktuur van 'n Blok:

struct Block {
void *isa; // NSConcreteStackBlock,...
int flags;
int reserved;
void *invoke;
struct BlockDescriptor *descriptor;
// captured variables go here
};

En dit is 'n voorbeeld om parallelisme te gebruik met dispatch_async:

#import <Foundation/Foundation.h>

// Define a block
void (^backgroundTask)(void) = ^{
// Code to be executed in the background
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Background task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
dispatch_queue_t backgroundQueue = dispatch_queue_create("com.example.backgroundQueue", NULL);

// Submit the block to the queue for asynchronous execution
dispatch_async(backgroundQueue, backgroundTask);

// Continue with other work on the main queue or thread
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Main task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
}
return 0;
}

Swift

libswiftDispatch is 'n biblioteek wat Swift bindings aan die Grand Central Dispatch (GCD) raamwerk bied wat oorspronklik in C geskryf is.
Die libswiftDispatch biblioteek verpak die C GCD APIs in 'n meer Swift-vriendelike koppelvlak, wat dit makliker en meer intuïtief maak vir Swift-ontwikkelaars om met GCD te werk.

• DispatchQueue.global().sync{ ... }
• DispatchQueue.global().async{ ... }
• let onceToken = DispatchOnce(); onceToken.perform { ... }
• async await
• var (data, response) = await URLSession.shared.data(from: URL(string: "https://api.example.com/getData"))

Code voorbeeld:

import Foundation

// Define a closure (the Swift equivalent of a block)
let backgroundTask: () -> Void = {
for i in 0..<10 {
print("Background task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

// Entry point
autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
let backgroundQueue = DispatchQueue(label: "com.example.backgroundQueue")

// Submit the closure to the queue for asynchronous execution
backgroundQueue.async(execute: backgroundTask)

// Continue with other work on the main queue
for i in 0..<10 {
print("Main task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

Frida

Die volgende Frida-skrip kan gebruik word om in verskeie dispatch funksies te hook en die wachtrynaam, die terugspoor en die blok te onttrek: https://github.com/seemoo-lab/frida-scripts/blob/main/scripts/libdispatch.js

frida -U <prog_name> -l libdispatch.js

dispatch_sync
Calling queue: com.apple.UIKit._UIReusePool.reuseSetAccess
Callback function: 0x19e3a6488 UIKitCore!__26-[_UIReusePool addObject:]_block_invoke
Backtrace:
0x19e3a6460 UIKitCore!-[_UIReusePool addObject:]
0x19e3a5db8 UIKitCore!-[UIGraphicsRenderer _enqueueContextForReuse:]
0x19e3a57fc UIKitCore!+[UIGraphicsRenderer _destroyCGContext:withRenderer:]
[...]

Ghidra

Tans verstaan Ghidra nie die ObjectiveC dispatch_block_t struktuur nie, en ook nie die swift_dispatch_block een nie.

So as jy wil hê dit moet hulle verstaan, kan jy net declareer:

Vind dan 'n plek in die kode waar hulle gebruik word:

Regsklik op die veranderlike -> Her tipe veranderlike en kies in hierdie geval swift_dispatch_block:

Ghidra sal outomaties alles herskryf:

References

• *OS Internals, Volume I: User Mode. By Jonathan Levin