0x01 mach-o格式简单介绍
mach-o文件格式是 os x 与 ios 系统上的可执行文件格式，类似于windows的 pe 文件 与 linux（其他 unix like）的 elf 文件，如果不彻底搞清楚mach-o的格式与相关内容，那么深入研究 xnu 内核就无从谈起。
mach-o文件的格式如下图所示：
有如下几个部分组成：
1. header：保存了mach-o的一些基本信息，包括了平台、文件类型、loadcommands的个数等等。
2. loadcommands：这一段紧跟header，加载mach-o文件时会使用这里的数据来确定内存的分布。
3. data：每一个segment的具体数据都保存在这里，这里包含了具体的代码、数据等等。
0x02 fat二进制数据 ，数据结构定义在 \<mach-o/fat.h\>
1. 第一段为magic 魔数,这里注意大小端，读出来之后需要看下是0xcafebabe还是 0xbebafeca（否则即为thin），需要根据这个来转后续读取的字节的字节序。 可以看出来 前4byte 为 0xbebafeca ，说明为fat。
2. 第二段为arch count，也就是该app或dsym中包含哪些cpu架构，比如armv7、arm64等，这个例子中为2（后4byte 0x 00 00 00 02），表示包含了两种cpu架构。
3. 后续段中包含cputype（0x 0c 00 00 01）、cpusubtype (0x 00 00 00 00)、offset (0x 00 10 00 00)、size(0x 00 f0 27 00)等数据，根据fat中的结构定义，依次读取，这里需要说明的是，如果只包含一种cpu架构的话，是没有这段fat头定义的，可以跳过这部分，直接读取arch数据。
4. 根据fat头中读取的offset数据，我们可以跳到文件对应的arch数据的位置，当然如果只有一种架构的话就不需要计算偏移量了。 下图给出解析的函数
0x03 mach header二进制数据
通过magic我们可以区分出是32-bit还是64-bit，64-bit多了4个字节的保留字段，这里同样需要注意字节序的问题，也就是判断magic，来确定是否需要转换字节序。
根据mach-header与mach-header_64的定义，很明显可以看出，headers的主要作用就是帮助系统迅速的定位mach-o文件的运行环境，文件类型。
filetype
因为mach-o文件不仅仅用来实现可执行文件，同时还用来实现了其他内容
1. 内核扩展
2. 库文件
3. coredump
4. 其它
下面是一些精彩用到的文件类型
1. mh-object 编译过程中产生的 obj文件 (gcc -c xxx.c 生成xxx.o文件)
2. mh-executable 可执行二进制文件 (/usr/bin/ls)
3. mh-core coredump (崩溃时的dump文件)
4. mh-dylib 动态库(/usr/lib/里面的那些共享库文件)
5. mh-dylinker 连接器linker（/usr/lib/dyld文件）
6. mh-kext-bundle 内核扩展文件 （自己开发的简单内核模块）
flags
mach-o headers还包含了一些很重要的dyld的加载参数。
1. mh-noundefs 目标没有未定义的符号，不存在链接依赖
2. mh-dyldlink 该目标文件是dyld的输入文件，无法被再次的静态链接
3. mh-pie 允许随机的地址空间（开启aslr -\>address space layout randomization）
4. mh-allow-stack-execution 栈内存可执行代码，一般是默认关闭的。
5. mh-no-heap-execution 堆内存无法执行代码
0x04 loadcommands
load commands 直接就跟在header后面，所有command占用内存的总和在mach-o header里面已经给出了。在加载过header之后就是通过解析loadcommand来加载接下来的数据了。定义如下：
cmd字段
根据cmd字段的类型不同，使用了不同的函数来加载。简单的列出一张表看一看在内核代码中不同的command类型都有哪些作用。
1. lc-segment；lc-segment-64 在内核中由load-segment 函数处理（将segment中的数据加载并映射到进程的内存空间去）
2. lc-load-dylinker 在内核中由load-dylinker 函数处理（调用/usr/lib/dyld程序）
3. lc-uuid 在内核中由load-uuid 函数处理 （加载128-bit的唯一id）
4. lc-thread 在内核中由load-thread 函数处理 （开启一个mach线程，但是不分配栈空间）
5. lc-unixthread 在内核中由load-unixthread 函数处理 （开启一个unix posix线程）
6. lc-code-signature 在内核中由load-code-signature 函数处理 （进行数字签名）
7. lc-encryption-info 在内核中由 set-code-unprotect 函数处理 （加密二进制文件）
uuid 二进制数据 128byte
uuid是16个字节（128bit）的一段数据，是文件的唯一标识，前面提到的符号化时，这个uuid必须要和app二进制文件中的uuid一致，才能被正确的符号化。dwarfdump查看的uuid就是这段数据。读取这部分数据时通过command结构读取的，也就是第一段(0x0000001b)表示接下来的数据类型，第二段(0x00000018)数据的大小（包含command数据）。
symtab 二进制数据
1. 符号表数据块结构，前二段依然是command数据。后边4段分别为符号在文件中的偏移量(0x001df5e0)、符号个数(0x001df5e0)、字符串在文件中的偏移量(0x0020c3a0)、字符串表大小(0x000729a8)。
2. 接下来就是读取segment和section数据块了，和上面读取数据块结构一样是根据command结构读取，下图展示的segment数据和section数据，它们在二进制文件中它们是连续的，也就是每一条segment数据后面会紧跟着多条对应的section数据，section的数据总数是通过segment结构中的nsects决定的。
3. 这里我写了一个简单地mach-o解析工具 [https://github.com/liutianshx2012/tmacho](https://github.com/liutianshx2012/tmacho)
segment数据
加载数据时，主要加载的就是lc-segmet活着lc-segment_64。其他的segment的用途在这里不做深究。
lcsegment以及lc-segment-64 定义如下图。
可以看出，这里大部分的数据是用来帮助内核将segment映射到虚拟内存的。
nsects 字段，标示了segment中有多少secetion ，section是具体有用的数据存放的地方。
text的vmaddr也就是程序的加载地址； —dwarf中表明了dwarf数据块的信息，表示dsym是dwarf格式的数据结构。
section数据
从section数据中，我们可以找到—debug-info、—debug-pubnames, —debug-line等调试信息，通过这些调试信息我们可以找到程序中符号的起始地址、变量类型等信息。如果我们要符号化的话，就可以通过解析这些数据得到我们想要的信息。
symbol 数据
通过symtab中的数据可以得到symbol在文件中的位置和个数，symbol块数据中包含了符号的起始地址、字符串的偏移量等数据，这部分数据结构可以参考\<nlist.h\> 和 \<stabl.h\>。在这部分数据全部读取后，就可以读取所有的符号数据了，也就是接下来的数据。
symbol string 数据
1. 通过symtab和symbo中的数据可以得到每个符号字符串在文件中的偏移量和大小，每个符号数据是以0结尾的字符串。
2. 我们通过以上两部分数据的组合就可以得到每个symbo在程序中的加载地址了。这些数据对于以后做符号工作都非常的有帮助。
3. 到此，关于dsym文件中头部数据读取就完成了。头部数据都有相应的数据结构定义，读取时相对会比较容易些，解析数据时要注意字节序的问题，32-bit和64-bit数据结构的差异、字节长度的差异，dwarf版本的差异，每个数据块之间都是紧密联系的，一个字节的读取偏差就会造成后续数据的读取错误，正所谓差之毫厘，失之千里。