dyld: 神秘的 __dso_handle

iOS动态链接器dyld中有一个神秘的变量__dso_handle:

// dyld/dyldMain.cpp
static const MachOAnalyzer* getDyldMH()
{
#if __LP64__
    // 声明 __dso_handle
    extern const MachOAnalyzer __dso_handle;
    return &__dso_handle;
#else
    ...
#endif // __LP64__
}

这个函数内部声明了一个变量__dso_handle，其类型是struct MachOAnalyzer。

查看struct MachOAnalyzer的定义，它继承自struct mach_header:

struct mach_header正是XNU内核里面，定义的Mach-O文件头:

// EXTENERL_HEADERS/mach-o/loader.h
struct mach_header {
	uint32_t	magic;		/* mach magic number identifier */
	cpu_type_t	cputype;	/* cpu specifier */
	cpu_subtype_t	cpusubtype;	/* machine specifier */
	uint32_t	filetype;	/* type of file */
	uint32_t	ncmds;		/* number of load commands */
	uint32_t	sizeofcmds;	/* the size of all the load commands */
	uint32_t	flags;		/* flags */
};

从上面函数getDyldMH的名字来看，它返回dyld这个Mach-O文件的文件头，而这确实也符合变量__dso_handle的类型定义。

但是奇怪的事情发生了，搜遍整个dyld源码库，都无法找到变量__dso_handle的定义。所有能搜到的地方，都只是对这个变量__dso_handle的声明。

众所周知，动态连接器dyld本身是静态链接的。

也就是说，动态连接器dyld本身是不依赖任何其他动态库的。

因此，这个变量__dso_handle不可能定义在其他动态库。

既然这样，动态链接器dyld本身是如何静态链接通过的呢？

答案只可能是静态链接器ld在链接过程中做了手脚。

查看静态链接器ld的源码，也就是llvm的源码，可以找到如下代码:

// lld/MachO/SyntheticSections.cpp
void macho::createSyntheticSymbols() {
  // addHeaderSymbol 的 lamba 表达式
  auto addHeaderSymbol = [](const char *name) {
    symtab->addSynthetic(name, in.header->isec, /*value=*/0,
                         /*isPrivateExtern=*/true, /*includeInSymtab=*/false,
                         /*referencedDynamically=*/false);
  };

  ...

  // The Itanium C++ ABI requires dylibs to pass a pointer to __cxa_atexit
  // which does e.g. cleanup of static global variables. The ABI document
  // says that the pointer can point to any address in one of the dylib's
  // segments, but in practice ld64 seems to set it to point to the header,
  // so that's what's implemented here.
  addHeaderSymbol("___dso_handle");
}

上面代码定义了一个addHeaderSymbol的lamda表达式，然后使用它添加了一个符号，这个符号正是__dso_handle。

调用addHeaderSymbol上方的注释使用chatGPT翻译过来如下:

Itanium C++ ABI 要求动态库传递一个指向 __cxa_atexit 的指针，该函数负责例如静态全局变量的清理。ABI 文档指出，指针可以指向动态库的某个段中的任意地址，但实际上，ld64（苹果的链接器）似乎将其设置为指向头部，所以这里实现了这种做法。

注释中提到的Itanium C++ ABI最初是为英特尔和惠普联合开发的Itanium处理器架构设计的。

但其影响已经超过了最初设计的架构范围，并被广泛用于其他架构，比如x86和 x86-64上的多种编译器，包括GCC和Clang。

而且，注释中还提到，__dso_handle在苹果的实现里，是指向了Mach-O的头部。

至此，谜底解开~。