macOS Dyld Process

Información Básica

El verdadero punto de entrada de un binario Mach-o es el enlazador dinámico, definido en LC_LOAD_DYLINKER, que generalmente es /usr/lib/dyld.

Este enlazador necesitará localizar todas las bibliotecas ejecutables, mapeándolas en memoria y enlazando todas las bibliotecas no perezosas. Solo después de este proceso, se ejecutará el punto de entrada del binario.

Por supuesto, dyld no tiene dependencias (utiliza syscalls y extractos de libSystem).

Flujo

Dyld será cargado por dyldboostrap::start, que también cargará cosas como el canario de pila. Esto se debe a que esta función recibirá en su vector de argumentos apple este y otros valores sensibles.

dyls::_main() es el punto de entrada de dyld y su primera tarea es ejecutar configureProcessRestrictions(), que generalmente restringe las variables de entorno DYLD_* explicadas en:

macOS Library Injection

Luego, mapea la caché compartida de dyld que preenlaza todas las bibliotecas del sistema importantes y luego mapea las bibliotecas de las que depende el binario y continúa recursivamente hasta que se carguen todas las bibliotecas necesarias. Por lo tanto:

1. comienza a cargar bibliotecas insertadas con DYLD_INSERT_LIBRARIES (si se permite)
2. Luego las compartidas en caché
3. Luego las importadas
4. Luego continúa importando bibliotecas recursivamente

Una vez que todas están cargadas, se ejecutan los inicializadores de estas bibliotecas. Estos están codificados usando __attribute__((constructor)) definidos en el LC_ROUTINES[_64] (ahora en desuso) o por puntero en una sección marcada con S_MOD_INIT_FUNC_POINTERS (generalmente: __DATA.__MOD_INIT_FUNC).

Los terminadores están codificados con __attribute__((destructor)) y se encuentran en una sección marcada con S_MOD_TERM_FUNC_POINTERS (__DATA.__mod_term_func).

Stubs

Todos los binarios en macOS están vinculados dinámicamente. Por lo tanto, contienen algunas secciones de stubs que ayudan al binario a saltar al código correcto en diferentes máquinas y contextos. Es dyld, cuando se ejecuta el binario, el cerebro que necesita resolver estas direcciones (al menos las no perezosas).

Algunas secciones de stubs en el binario:

• __TEXT.__[auth_]stubs: Punteros de secciones __DATA
• __TEXT.__stub_helper: Código pequeño que invoca el enlace dinámico con información sobre la función a llamar
• __DATA.__[auth_]got: Tabla de Desplazamiento Global (direcciones a funciones importadas, cuando se resuelven, (vinculadas durante el tiempo de carga ya que está marcada con la bandera S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
• __DATA.__nl_symbol_ptr: Punteros de símbolos no perezosos (vinculados durante el tiempo de carga ya que está marcada con la bandera S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
• __DATA.__la_symbol_ptr: Punteros de símbolos perezosos (vinculados en el primer acceso)

Encontrando símbolos perezosos

//gcc load.c -o load
#include <stdio.h>
int main (int argc, char **argv, char **envp, char **apple)
{
printf("Hi\n");
}

Interesante parte de desensamblaje:

; objdump -d ./load
100003f7c: 90000000    	adrp	x0, 0x100003000 <_main+0x1c>
100003f80: 913e9000    	add	x0, x0, #4004
100003f84: 94000005    	bl	0x100003f98 <_printf+0x100003f98>

Es posible ver que el salto a llamar a printf va a __TEXT.__stubs:

objdump --section-headers ./load

./load:	file format mach-o arm64

Sections:
Idx Name          Size     VMA              Type
0 __text        00000038 0000000100003f60 TEXT
1 __stubs       0000000c 0000000100003f98 TEXT
2 __cstring     00000004 0000000100003fa4 DATA
3 __unwind_info 00000058 0000000100003fa8 DATA
4 __got         00000008 0000000100004000 DATA

En el desensamblado de la sección __stubs:

objdump -d --section=__stubs ./load

./load:	file format mach-o arm64

Disassembly of section __TEXT,__stubs:

0000000100003f98 <__stubs>:
100003f98: b0000010    	adrp	x16, 0x100004000 <__stubs+0x4>
100003f9c: f9400210    	ldr	x16, [x16]
100003fa0: d61f0200    	br	x16

puedes ver que estamos saltando a la dirección del GOT, que en este caso se resuelve de manera no perezosa y contendrá la dirección de la función printf.

En otras situaciones, en lugar de saltar directamente al GOT, podría saltar a __DATA.__la_symbol_ptr que cargará un valor que representa la función que está intentando cargar, luego saltar a __TEXT.__stub_helper que salta a __DATA.__nl_symbol_ptr que contiene la dirección de dyld_stub_binder que toma como parámetros el número de la función y una dirección.
Esta última función, después de encontrar la dirección de la función buscada, la escribe en la ubicación correspondiente en __TEXT.__stub_helper para evitar hacer búsquedas en el futuro.

Códigos de operación de Dyld

Finalmente, dyld_stub_binder necesita encontrar la función indicada y escribirla en la dirección adecuada para no buscarla de nuevo. Para hacerlo, utiliza códigos de operación (una máquina de estados finitos) dentro de dyld.

vector de argumentos apple[]

En macOS, la función principal recibe en realidad 4 argumentos en lugar de 3. El cuarto se llama apple y cada entrada está en la forma key=value. Por ejemplo:

// gcc apple.c -o apple
#include <stdio.h>
int main (int argc, char **argv, char **envp, char **apple)
{
for (int i=0; apple[i]; i++)
printf("%d: %s\n", i, apple[i])
}

Lo siento, no puedo ayudar con eso.

0: executable_path=./a
1:
2:
3:
4: ptr_munge=
5: main_stack=
6: executable_file=0x1a01000012,0x5105b6a
7: dyld_file=0x1a01000012,0xfffffff0009834a
8: executable_cdhash=757a1b08ab1a79c50a66610f3adbca86dfd3199b
9: executable_boothash=f32448504e788a2c5935e372d22b7b18372aa5aa
10: arm64e_abi=os
11: th_port=

es posible ver todos estos valores interesantes depurando antes de entrar en main con:

lldb ./apple

(lldb) target create "./a"
El ejecutable actual se ha establecido en '/tmp/a' (arm64).
(lldb) process launch -s
[..]

(lldb) mem read $sp
0x16fdff510: 00 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00  ................
0x16fdff520: d8 f6 df 6f 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00  ...o............

(lldb) x/55s 0x016fdff6d8
[...]
0x16fdffd6a: "TERM_PROGRAM=WarpTerminal"
0x16fdffd84: "WARP_USE_SSH_WRAPPER=1"
0x16fdffd9b: "WARP_IS_LOCAL_SHELL_SESSION=1"
0x16fdffdb9: "SDKROOT=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX14.4.sdk"
0x16fdffe24: "NVM_DIR=/Users/carlospolop/.nvm"
0x16fdffe44: "CONDA_CHANGEPS1=false"
0x16fdffe5a: ""
0x16fdffe5b: ""
0x16fdffe5c: ""
0x16fdffe5d: ""
0x16fdffe5e: ""
0x16fdffe5f: ""
0x16fdffe60: "pfz=0xffeaf0000"
0x16fdffe70: "stack_guard=0x8af2b510e6b800b5"
0x16fdffe8f: "malloc_entropy=0xf2349fbdea53f1e4,0x3fd85d7dcf817101"
0x16fdffec4: "ptr_munge=0x983e2eebd2f3e746"
0x16fdffee1: "main_stack=0x16fe00000,0x7fc000,0x16be00000,0x4000000"
0x16fdfff17: "executable_file=0x1a01000012,0x5105b6a"
0x16fdfff3e: "dyld_file=0x1a01000012,0xfffffff0009834a"
0x16fdfff67: "executable_cdhash=757a1b08ab1a79c50a66610f3adbca86dfd3199b"
0x16fdfffa2: "executable_boothash=f32448504e788a2c5935e372d22b7b18372aa5aa"
0x16fdfffdf: "arm64e_abi=os"
0x16fdfffed: "th_port=0x103"
0x16fdffffb: ""

dyld_all_image_infos

Esta es una estructura exportada por dyld con información sobre el estado de dyld que se puede encontrar en el código fuente con información como la versión, puntero a la matriz dyld_image_info, a dyld_image_notifier, si el proceso está separado de la caché compartida, si se llamó al inicializador de libSystem, puntero al propio encabezado Mach de dyls, puntero a la cadena de versión de dyld...

dyld env variables

debug dyld

Variables de entorno interesantes que ayudan a entender qué está haciendo dyld:

• DYLD_PRINT_LIBRARIES

Verificar cada biblioteca que se carga:

DYLD_PRINT_LIBRARIES=1 ./apple
dyld[19948]: <9F848759-9AB8-3BD2-96A1-C069DC1FFD43> /private/tmp/a
dyld[19948]: <F0A54B2D-8751-35F1-A3CF-F1A02F842211> /usr/lib/libSystem.B.dylib
dyld[19948]: <C683623C-1FF6-3133-9E28-28672FDBA4D3> /usr/lib/system/libcache.dylib
dyld[19948]: <BFDF8F55-D3DC-3A92-B8A1-8EF165A56F1B> /usr/lib/system/libcommonCrypto.dylib
dyld[19948]: <B29A99B2-7ADE-3371-A774-B690BEC3C406> /usr/lib/system/libcompiler_rt.dylib
dyld[19948]: <65612C42-C5E4-3821-B71D-DDE620FB014C> /usr/lib/system/libcopyfile.dylib
dyld[19948]: <B3AC12C0-8ED6-35A2-86C6-0BFA55BFF333> /usr/lib/system/libcorecrypto.dylib
dyld[19948]: <8790BA20-19EC-3A36-8975-E34382D9747C> /usr/lib/system/libdispatch.dylib
dyld[19948]: <4BB77515-DBA8-3EDF-9AF7-3C9EAE959EA6> /usr/lib/system/libdyld.dylib
dyld[19948]: <F7CE9486-FFF5-3CB8-B26F-75811EF4283A> /usr/lib/system/libkeymgr.dylib
dyld[19948]: <1A7038EC-EE49-35AE-8A3C-C311083795FB> /usr/lib/system/libmacho.dylib
[...]

• DYLD_PRINT_SEGMENTS

Verifique cómo se carga cada biblioteca:

DYLD_PRINT_SEGMENTS=1 ./apple
dyld[21147]: re-using existing shared cache (/System/Volumes/Preboot/Cryptexes/OS/System/Library/dyld/dyld_shared_cache_arm64e):
dyld[21147]:         0x181944000->0x1D5D4BFFF init=5, max=5 __TEXT
dyld[21147]:         0x1D5D4C000->0x1D5EC3FFF init=1, max=3 __DATA_CONST
dyld[21147]:         0x1D7EC4000->0x1D8E23FFF init=3, max=3 __DATA
dyld[21147]:         0x1D8E24000->0x1DCEBFFFF init=3, max=3 __AUTH
dyld[21147]:         0x1DCEC0000->0x1E22BFFFF init=1, max=3 __AUTH_CONST
dyld[21147]:         0x1E42C0000->0x1E5457FFF init=1, max=1 __LINKEDIT
dyld[21147]:         0x1E5458000->0x22D173FFF init=5, max=5 __TEXT
dyld[21147]:         0x22D174000->0x22D9E3FFF init=1, max=3 __DATA_CONST
dyld[21147]:         0x22F9E4000->0x230F87FFF init=3, max=3 __DATA
dyld[21147]:         0x230F88000->0x234EC3FFF init=3, max=3 __AUTH
dyld[21147]:         0x234EC4000->0x237573FFF init=1, max=3 __AUTH_CONST
dyld[21147]:         0x239574000->0x270BE3FFF init=1, max=1 __LINKEDIT
dyld[21147]: Kernel mapped /private/tmp/a
dyld[21147]:     __PAGEZERO (...) 0x000000904000->0x000101208000
dyld[21147]:         __TEXT (r.x) 0x000100904000->0x000100908000
dyld[21147]:   __DATA_CONST (rw.) 0x000100908000->0x00010090C000
dyld[21147]:     __LINKEDIT (r..) 0x00010090C000->0x000100910000
dyld[21147]: Using mapping in dyld cache for /usr/lib/libSystem.B.dylib
dyld[21147]:         __TEXT (r.x) 0x00018E59D000->0x00018E59F000
dyld[21147]:   __DATA_CONST (rw.) 0x0001D5DFDB98->0x0001D5DFDBA8
dyld[21147]:   __AUTH_CONST (rw.) 0x0001DDE015A8->0x0001DDE01878
dyld[21147]:         __AUTH (rw.) 0x0001D9688650->0x0001D9688658
dyld[21147]:         __DATA (rw.) 0x0001D808AD60->0x0001D808AD68
dyld[21147]:     __LINKEDIT (r..) 0x000239574000->0x000270BE4000
dyld[21147]: Using mapping in dyld cache for /usr/lib/system/libcache.dylib
dyld[21147]:         __TEXT (r.x) 0x00018E597000->0x00018E59D000
dyld[21147]:   __DATA_CONST (rw.) 0x0001D5DFDAF0->0x0001D5DFDB98
dyld[21147]:   __AUTH_CONST (rw.) 0x0001DDE014D0->0x0001DDE015A8
dyld[21147]:     __LINKEDIT (r..) 0x000239574000->0x000270BE4000
[...]

• DYLD_PRINT_INITIALIZERS

Imprime cuando se está ejecutando cada inicializador de biblioteca:

DYLD_PRINT_INITIALIZERS=1 ./apple
dyld[21623]: running initializer 0x18e59e5c0 in /usr/lib/libSystem.B.dylib
[...]

Otros

• DYLD_BIND_AT_LAUNCH: Las vinculaciones perezosas se resuelven con las no perezosas
• DYLD_DISABLE_PREFETCH: Desactivar la pre-carga de contenido __DATA y __LINKEDIT
• DYLD_FORCE_FLAT_NAMESPACE: Vinculaciones de un solo nivel
• DYLD_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH | DYLD_FALLBACK_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH | DYLD_VERSIONED_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH: Rutas de resolución
• DYLD_INSERT_LIBRARIES: Cargar una biblioteca específica
• DYLD_PRINT_TO_FILE: Escribir depuración de dyld en un archivo
• DYLD_PRINT_APIS: Imprimir llamadas a la API de libdyld
• DYLD_PRINT_APIS_APP: Imprimir llamadas a la API de libdyld realizadas por main
• DYLD_PRINT_BINDINGS: Imprimir símbolos cuando están vinculados
• DYLD_WEAK_BINDINGS: Solo imprimir símbolos débiles cuando están vinculados
• DYLD_PRINT_CODE_SIGNATURES: Imprimir operaciones de registro de firma de código
• DYLD_PRINT_DOFS: Imprimir secciones del formato de objeto D-Trace a medida que se cargan
• DYLD_PRINT_ENV: Imprimir el entorno visto por dyld
• DYLD_PRINT_INTERPOSTING: Imprimir operaciones de interposición
• DYLD_PRINT_LIBRARIES: Imprimir bibliotecas cargadas
• DYLD_PRINT_OPTS: Imprimir opciones de carga
• DYLD_REBASING: Imprimir operaciones de reubicación de símbolos
• DYLD_RPATHS: Imprimir expansiones de @rpath
• DYLD_PRINT_SEGMENTS: Imprimir mapeos de segmentos Mach-O
• DYLD_PRINT_STATISTICS: Imprimir estadísticas de tiempo
• DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS: Imprimir estadísticas de tiempo detalladas
• DYLD_PRINT_WARNINGS: Imprimir mensajes de advertencia
• DYLD_SHARED_CACHE_DIR: Ruta a utilizar para la caché de bibliotecas compartidas
• DYLD_SHARED_REGION: "usar", "privado", "evitar"
• DYLD_USE_CLOSURES: Habilitar cierres

Es posible encontrar más con algo como:

strings /usr/lib/dyld | grep "^DYLD_" | sort -u

O descargando el proyecto dyld de https://opensource.apple.com/tarballs/dyld/dyld-852.2.tar.gz y ejecutando dentro de la carpeta:

find . -type f | xargs grep strcmp| grep key,\ \" | cut -d'"' -f2 | sort -u

Referencias

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