macOS GCD - Grand Central Dispatch
基本信息
Grand Central Dispatch (GCD),也被称为 libdispatch (libdispatch.dyld
),在 macOS 和 iOS 中都可用。这是由 Apple 开发的技术,用于优化应用程序在多核硬件上的并发(多线程)执行支持。
GCD 提供并管理 FIFO 队列,您的应用程序可以将任务以 block 对象的形式提交到这些队列中。提交到调度队列的块会在系统完全管理的线程池上执行。GCD 会自动为在调度队列中执行任务创建线程,并安排这些任务在可用核心上运行。
简而言之,为了在 并行 中执行代码,进程可以将 代码块发送到 GCD,GCD 将负责执行这些代码。因此,进程不会创建新线程;GCD 使用自己的线程池执行给定的代码(根据需要可能会增加或减少)。
这对于成功管理并行执行非常有帮助,大大减少了进程创建的线程数量,并优化了并行执行。这对于需要 很高的并行性(暴力破解?)或者不应阻塞主线程的任务非常理想:例如,在 iOS 上,主线程处理 UI 交互,因此通过这种方式管理任何可能使应用程序挂起的其他功能(搜索、访问网页、读取文件等)。
代码块
代码块是一个自包含的代码段(类似于带参数返回值的函数),还可以指定绑定变量。
然而,在编译器级别,代码块不存在,它们是 os_object
。每个对象由两个结构组成:
代码块文字:
它以指向代码块类的
isa
字段开头:NSConcreteGlobalBlock
(来自__DATA.__const
的代码块)NSConcreteMallocBlock
(堆中的代码块)NSConcreateStackBlock
(栈中的代码块)
它具有
flags
(指示代码块描述符中存在的字段)和一些保留字节要调用的函数指针
指向代码块描述符的指针
导入的代码块变量(如果有)
代码块描述符:其大小取决于存在的数据(如前面的标志所示)
它有一些保留字节
其大小
通常会有一个指向 Objective-C 风格签名的指针,以了解参数所需的空间大小(标志
BLOCK_HAS_SIGNATURE
)如果引用了变量,此代码块还将具有指向复制助手(在开始时复制值)和释放助手(释放值)的指针。
队列
调度队列是提供代码块按先进先出顺序执行的命名对象。
将代码块设置在队列中以执行,这些队列支持 2 种模式:DISPATCH_QUEUE_SERIAL
和 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT
。当然,串行 队列 不会出现竞争条件 问题,因为代码块在前一个完成之前不会执行。但是 另一种类型的队列可能会出现。
默认队列:
.main-thread
:来自dispatch_get_main_queue()
.libdispatch-manager
:GCD 的队列管理器.root.libdispatch-manager
:GCD 的队列管理器.root.maintenance-qos
:最低优先级任务.root.maintenance-qos.overcommit
.root.background-qos
:可用作DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND
.root.background-qos.overcommit
.root.utility-qos
:可用作DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_NON_INTERACTIVE
.root.utility-qos.overcommit
.root.default-qos
:可用作DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT
.root.background-qos.overcommit
.root.user-initiated-qos
:可用作DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH
.root.background-qos.overcommit
.root.user-interactive-qos
:最高优先级.root.background-qos.overcommit
请注意,系统将决定哪些线程在每个时间处理哪些队列(多个线程可能在同一队列中工作,或者同一线程可能在某个时刻在不同队列中工作)
属性
使用 dispatch_queue_create
创建队列时,第三个参数是一个 dispatch_queue_attr_t
,通常是 DISPATCH_QUEUE_SERIAL
(实际上是 NULL)或 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT
,它是一个指向 dispatch_queue_attr_t
结构的指针,允许控制队列的一些参数。
调度对象
libdispatch 使用几种对象,队列和代码块只是其中的 2 种。可以使用 dispatch_object_create
创建这些对象:
block
data
:数据块group
:代码块组io
:异步 I/O 请求mach
:Mach 端口mach_msg
:Mach 消息pthread_root_queue
:具有 pthread 线程池而非工作队列的队列queue
semaphore
source
:事件源
Objective-C
在 Objective-C 中,有不同的函数可用于发送代码块以并行执行:
dispatch_async:提交一个代码块以在调度队列上异步执行,并立即返回。
dispatch_sync:提交一个代码块以执行,并在该代码块执行完成后返回。
dispatch_once:仅在应用程序的生命周期中执行一次代码块。
dispatch_async_and_wait:提交一个工作项以执行,并仅在其执行完成后返回。与
dispatch_sync
不同,此函数在执行代码块时遵守队列的所有属性。
这些函数期望这些参数:dispatch_queue_t
queue,
dispatch_block_t
block
这是 代码块的结构:
以下是使用**dispatch_async
进行并行处理**的示例:
Swift
libswiftDispatch
是一个库,为Grand Central Dispatch (GCD)框架提供了Swift绑定,该框架最初是用C编写的。
**libswiftDispatch
**库将C GCD API封装在一个更适合Swift的接口中,使Swift开发人员更容易直观地使用GCD。
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"))
代码示例:
Frida
以下Frida脚本可用于钩入多个dispatch
函数并提取队列名称、回溯和块:https://github.com/seemoo-lab/frida-scripts/blob/main/scripts/libdispatch.js
Ghidra
目前 Ghidra 无法理解 ObjectiveC dispatch_block_t
结构,也无法理解 swift_dispatch_block
结构。
因此,如果你希望它能够理解它们,你可以简单地 声明它们:
然后,在代码中找到它们被 使用 的地方:
注意所有提到 "block" 的引用,以了解如何确定该结构体正在被使用。
右键点击变量 -> 重新定义变量,然后选择这种情况下的 swift_dispatch_block
:
Ghidra 将自动重写所有内容:
参考资料
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