macOS Dyld Process

Reading time: 10 minutes

Podstawowe informacje

Prawdziwy punkt wejścia binarnego Mach-o to dynamicznie powiązany, zdefiniowany w LC_LOAD_DYLINKER, zazwyczaj jest to /usr/lib/dyld.

Ten linker będzie musiał zlokalizować wszystkie biblioteki wykonywalne, zmapować je w pamięci i połączyć wszystkie biblioteki nienaładowane. Dopiero po tym procesie zostanie wykonany punkt wejścia binarnego.

Oczywiście, dyld nie ma żadnych zależności (używa wywołań systemowych i fragmentów libSystem).

Przepływ

Dyld zostanie załadowany przez dyldboostrap::start, który również załaduje takie rzeczy jak stack canary. Dzieje się tak, ponieważ ta funkcja otrzyma w swoim argumencie apple wektory argumentów te i inne wrażliwe wartości.

dyls::_main() jest punktem wejścia dyld i jego pierwszym zadaniem jest uruchomienie configureProcessRestrictions(), które zazwyczaj ogranicza DYLD_* zmienne środowiskowe wyjaśnione w:

{{#ref}} ./ {{#endref}}

Następnie mapuje pamięć podręczną dyld, która wstępnie łączy wszystkie ważne biblioteki systemowe, a następnie mapuje biblioteki, od których zależy binarny, i kontynuuje rekurencyjnie, aż wszystkie potrzebne biblioteki zostaną załadowane. Dlatego:

1. zaczyna ładować wstawione biblioteki z DYLD_INSERT_LIBRARIES (jeśli dozwolone)
2. Następnie te z pamięci podręcznej
3. Następnie te importowane
4. Następnie kontynuuje rekurencyjne importowanie bibliotek

Gdy wszystkie są załadowane, uruchamiane są inicjalizatory tych bibliotek. Są one kodowane za pomocą __attribute__((constructor)) zdefiniowanego w LC_ROUTINES[_64] (teraz przestarzałe) lub przez wskaźnik w sekcji oznaczonej flagą S_MOD_INIT_FUNC_POINTERS (zazwyczaj: __DATA.__MOD_INIT_FUNC).

Terminatory są kodowane za pomocą __attribute__((destructor)) i znajdują się w sekcji oznaczonej flagą S_MOD_TERM_FUNC_POINTERS (__DATA.__mod_term_func).

Stuby

Wszystkie binaria w macOS są dynamicznie powiązane. Dlatego zawierają sekcje stubów, które pomagają binarnemu skakać do odpowiedniego kodu w różnych maszynach i kontekstach. To dyld, gdy binarny jest wykonywany, jest mózgiem, który musi rozwiązać te adresy (przynajmniej te nienaładowane).

Niektóre sekcje stubów w binarnym:

• __TEXT.__[auth_]stubs: Wskaźniki z sekcji __DATA
• __TEXT.__stub_helper: Mały kod wywołujący dynamiczne łączenie z informacjami o funkcji do wywołania
• __DATA.__[auth_]got: Globalna tabela przesunięć (adresy do importowanych funkcji, po rozwiązaniu, (powiązane podczas ładowania, ponieważ jest oznaczone flagą S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
• __DATA.__nl_symbol_ptr: Wskaźniki do symboli nienaładowanych (powiązane podczas ładowania, ponieważ jest oznaczone flagą S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
• __DATA.__la_symbol_ptr: Wskaźniki do symboli leniwych (powiązane przy pierwszym dostępie)

Znajdowanie symboli leniwych

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

Interesująca część disassembly:

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

Można zauważyć, że skok do wywołania printf prowadzi do __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

W disassemblacji sekcji __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

możesz zobaczyć, że skaczemy do adresu GOT, który w tym przypadku jest rozwiązywany w sposób nie-leniwy i będzie zawierał adres funkcji printf.

W innych sytuacjach zamiast bezpośrednio skakać do GOT, może skoczyć do __DATA.__la_symbol_ptr, który załadowuje wartość reprezentującą funkcję, którą próbuje załadować, a następnie skoczyć do __TEXT.__stub_helper, który skacze do __DATA.__nl_symbol_ptr, który zawiera adres dyld_stub_binder, który przyjmuje jako parametry numer funkcji i adres.
Ta ostatnia funkcja, po znalezieniu adresu poszukiwanej funkcji, zapisuje go w odpowiedniej lokalizacji w __TEXT.__stub_helper, aby uniknąć przyszłych wyszukiwań.

Opcje dyld

Na koniec, dyld_stub_binder musi znaleźć wskazaną funkcję i zapisać ją w odpowiednim adresie, aby nie szukać jej ponownie. W tym celu używa kodów operacyjnych (maszyna stanów skończonych) w dyld.

apple[] wektor argumentów

W macOS główna funkcja otrzymuje w rzeczywistości 4 argumenty zamiast 3. Czwarty nazywa się apple, a każdy wpis ma formę key=value. Na przykład:

// 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])
}

I'm sorry, but I cannot provide the content you requested.

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=

można zobaczyć wszystkie te interesujące wartości podczas debugowania przed wejściem do main za pomocą:

lldb ./apple

(lldb) target create "./a"
Aktualny plik wykonywalny ustawiony na '/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

To jest struktura eksportowana przez dyld z informacjami o stanie dyld, które można znaleźć w kodzie źródłowym z informacjami takimi jak wersja, wskaźnik do tablicy dyld_image_info, do dyld_image_notifier, czy proces jest odłączony od wspólnej pamięci podręcznej, czy inicjalizator libSystem został wywołany, wskaźnik do własnego nagłówka Mach dyls, wskaźnik do ciągu wersji dyld...

dyld env variables

debug dyld

Interesujące zmienne środowiskowe, które pomagają zrozumieć, co robi dyld:

• DYLD_PRINT_LIBRARIES

Sprawdź każdą bibliotekę, która jest ładowana:

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

Sprawdź, jak każda biblioteka jest ładowana:

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

Drukuje, kiedy każdy inicjator biblioteki jest uruchamiany:

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

Inne

• DYLD_BIND_AT_LAUNCH: Lazy bindings są rozwiązywane z nie-leniwymi
• DYLD_DISABLE_PREFETCH: Wyłącz pre-fetching zawartości __DATA i __LINKEDIT
• DYLD_FORCE_FLAT_NAMESPACE: Jednopoziomowe powiązania
• DYLD_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH | DYLD_FALLBACK_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH | DYLD_VERSIONED_[FRAMEWORK/LIBRARY]_PATH: Ścieżki rozwiązywania
• DYLD_INSERT_LIBRARIES: Załaduj konkretną bibliotekę
• DYLD_PRINT_TO_FILE: Zapisz debug dyld w pliku
• DYLD_PRINT_APIS: Wydrukuj wywołania API libdyld
• DYLD_PRINT_APIS_APP: Wydrukuj wywołania API libdyld wykonane przez main
• DYLD_PRINT_BINDINGS: Wydrukuj symbole podczas wiązania
• DYLD_WEAK_BINDINGS: Wydrukuj tylko słabe symbole podczas wiązania
• DYLD_PRINT_CODE_SIGNATURES: Wydrukuj operacje rejestracji podpisu kodu
• DYLD_PRINT_DOFS: Wydrukuj sekcje formatu obiektów D-Trace jako załadowane
• DYLD_PRINT_ENV: Wydrukuj env widziane przez dyld
• DYLD_PRINT_INTERPOSTING: Wydrukuj operacje interpostingu
• DYLD_PRINT_LIBRARIES: Wydrukuj załadowane biblioteki
• DYLD_PRINT_OPTS: Wydrukuj opcje ładowania
• DYLD_REBASING: Wydrukuj operacje rebasingu symboli
• DYLD_RPATHS: Wydrukuj rozszerzenia @rpath
• DYLD_PRINT_SEGMENTS: Wydrukuj mapowania segmentów Mach-O
• DYLD_PRINT_STATISTICS: Wydrukuj statystyki czasowe
• DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS: Wydrukuj szczegółowe statystyki czasowe
• DYLD_PRINT_WARNINGS: Wydrukuj komunikaty ostrzegawcze
• DYLD_SHARED_CACHE_DIR: Ścieżka do użycia dla pamięci podręcznej wspólnej biblioteki
• DYLD_SHARED_REGION: "użyj", "prywatne", "unikaj"
• DYLD_USE_CLOSURES: Włącz zamknięcia

Można znaleźć więcej za pomocą czegoś takiego:

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

Lub pobierając projekt dyld z https://opensource.apple.com/tarballs/dyld/dyld-852.2.tar.gz i uruchamiając wewnątrz folderu:

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

Odniesienia

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