macOS GCD - Grand Central Dispatch

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Basic Information

ग्रैंड सेंट्रल डिस्पैच (GCD), जिसे libdispatch (libdispatch.dyld) के नाम से भी जाना जाता है, macOS और iOS दोनों में उपलब्ध है। यह एक तकनीक है जिसे Apple ने मल्टीकोर हार्डवेयर पर समवर्ती (मल्टीथ्रेडेड) निष्पादन के लिए अनुप्रयोग समर्थन को अनुकूलित करने के लिए विकसित किया है।

GCD FIFO कतारें प्रदान करता है और प्रबंधित करता है जिनमें आपका अनुप्रयोग ब्लॉक ऑब्जेक्ट्स के रूप में कार्य प्रस्तुत कर सकता है। डिस्पैच कतारों में प्रस्तुत किए गए ब्लॉक सिस्टम द्वारा पूरी तरह से प्रबंधित थ्रेड्स के पूल पर निष्पादित होते हैं। GCD स्वचालित रूप से डिस्पैच कतारों में कार्यों को निष्पादित करने के लिए थ्रेड्स बनाता है और उन कार्यों को उपलब्ध कोर पर चलाने के लिए शेड्यूल करता है।

संक्षेप में, समानांतर में कोड निष्पादित करने के लिए, प्रक्रियाएँ GCD को कोड के ब्लॉक भेज सकती हैं, जो उनके निष्पादन का ध्यान रखेगा। इसलिए, प्रक्रियाएँ नए थ्रेड्स नहीं बनातीं; GCD दिए गए कोड को अपने स्वयं के थ्रेड्स के पूल के साथ निष्पादित करता है (जो आवश्यकतानुसार बढ़ या घट सकता है)।

यह समानांतर निष्पादन को सफलतापूर्वक प्रबंधित करने में बहुत सहायक है, प्रक्रियाओं द्वारा बनाए गए थ्रेड्स की संख्या को बहुत कम करता है और समानांतर निष्पादन का अनुकूलन करता है। यह उन कार्यों के लिए आदर्श है जिन्हें महान समानांतरता (ब्रूट-फोर्सिंग?) की आवश्यकता होती है या उन कार्यों के लिए जो मुख्य थ्रेड को अवरुद्ध नहीं करना चाहिए: उदाहरण के लिए, iOS पर मुख्य थ्रेड UI इंटरैक्शन को संभालता है, इसलिए कोई भी अन्य कार्यक्षमता जो ऐप को लटकाने का कारण बन सकती है (खोज, वेब तक पहुंच, फ़ाइल पढ़ना...) इस तरह से प्रबंधित की जाती है।

Blocks

एक ब्लॉक एक स्वतंत्र कोड का खंड है (जैसे एक फ़ंक्शन जिसमें तर्क होते हैं जो एक मान लौटाता है) और यह बाउंड वेरिएबल भी निर्दिष्ट कर सकता है। हालांकि, कंपाइलर स्तर पर ब्लॉक मौजूद नहीं होते, वे os_objects होते हैं। इन वस्तुओं में से प्रत्येक दो संरचनाओं से बना होता है:

• ब्लॉक लिटरल:

• यह isa फ़ील्ड से शुरू होता है, जो ब्लॉक की कक्षा की ओर इशारा करता है:

• NSConcreteGlobalBlock (ब्लॉक __DATA.__const से)

• NSConcreteMallocBlock (हीप में ब्लॉक)

• NSConcreateStackBlock (स्टैक में ब्लॉक)

• इसमें flags होते हैं (जो ब्लॉक विवरण में उपस्थित फ़ील्ड को इंगित करते हैं) और कुछ आरक्षित बाइट्स

• कॉल करने के लिए फ़ंक्शन पॉइंटर

• ब्लॉक विवरण के लिए एक पॉइंटर

• आयातित ब्लॉक वेरिएबल (यदि कोई हो)

• ब्लॉक विवरण: इसका आकार उस डेटा पर निर्भर करता है जो उपस्थित है (जैसा कि पिछले फ़्लैग में संकेतित है)

• इसमें कुछ आरक्षित बाइट्स होते हैं

• इसका आकार

• इसमें आमतौर पर एक Objective-C शैली के हस्ताक्षर के लिए एक पॉइंटर होगा ताकि यह पता चल सके कि पैरामीटर के लिए कितनी जगह की आवश्यकता है (फ्लैग BLOCK_HAS_SIGNATURE)

• यदि वेरिएबल संदर्भित हैं, तो इस ब्लॉक में एक कॉपी हेल्पर (शुरुआत में मान की कॉपी करना) और डिस्पोज़ हेल्पर (इसे मुक्त करना) के लिए पॉइंटर भी होंगे।

Queues

एक डिस्पैच कतार एक नामित वस्तु है जो निष्पादन के लिए ब्लॉकों का FIFO क्रम प्रदान करती है।

ब्लॉकों को निष्पादित करने के लिए कतारों में सेट किया जाता है, और ये 2 मोड का समर्थन करते हैं: DISPATCH_QUEUE_SERIAL और DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT। बेशक, श्रृंखलाबद्ध वाला रेस कंडीशन समस्याओं का सामना नहीं करेगा क्योंकि एक ब्लॉक तब तक निष्पादित नहीं होगा जब तक कि पिछले वाला समाप्त नहीं हो गया है। लेकिन दूसरे प्रकार की कतार में यह हो सकता है।

डिफ़ॉल्ट कतारें:

• .main-thread: dispatch_get_main_queue() से

• .libdispatch-manager: GCD का कतार प्रबंधक

• .root.libdispatch-manager: GCD का कतार प्रबंधक

• .root.maintenance-qos: सबसे कम प्राथमिकता वाले कार्य

• .root.maintenance-qos.overcommit

• .root.background-qos: DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND के रूप में उपलब्ध

• .root.background-qos.overcommit

• .root.utility-qos: DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_NON_INTERACTIVE के रूप में उपलब्ध

• .root.utility-qos.overcommit

• .root.default-qos: DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT के रूप में उपलब्ध

• .root.background-qos.overcommit

• .root.user-initiated-qos: DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH के रूप में उपलब्ध

• .root.background-qos.overcommit

• .root.user-interactive-qos: सबसे उच्च प्राथमिकता

• .root.background-qos.overcommit

ध्यान दें कि यह सिस्टम होगा जो निर्धारित करेगा कि प्रत्येक समय कौन से थ्रेड्स कौन सी कतारों को संभालते हैं (कई थ्रेड्स एक ही कतार में काम कर सकते हैं या एक ही थ्रेड विभिन्न कतारों में किसी बिंदु पर काम कर सकता है)

Attributtes

जब dispatch_queue_create के साथ एक कतार बनाई जाती है, तो तीसरा तर्क एक dispatch_queue_attr_t होता है, जो आमतौर पर या तो DISPATCH_QUEUE_SERIAL (जो वास्तव में NULL है) या DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT होता है, जो एक dispatch_queue_attr_t संरचना के लिए एक पॉइंटर है जो कतार के कुछ पैरामीटर को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

Dispatch objects

libdispatch द्वारा उपयोग की जाने वाली कई वस्तुएँ हैं और कतारें और ब्लॉक केवल उनमें से 2 हैं। इन वस्तुओं को dispatch_object_create के साथ बनाया जा सकता है:

• block

• data: डेटा ब्लॉक

• group: ब्लॉकों का समूह

• io: Async I/O अनुरोध

• mach: Mach पोर्ट

• mach_msg: Mach संदेश

• pthread_root_queue: pthread थ्रेड पूल के साथ एक कतार और कार्य कतार नहीं

• queue

• semaphore

• source: इवेंट स्रोत

Objective-C

Objective-C में समानांतर निष्पादन के लिए एक ब्लॉक भेजने के लिए विभिन्न फ़ंक्शन हैं:

• dispatch_async: एक डिस्पैच कतार पर असिंक्रोनस निष्पादन के लिए एक ब्लॉक प्रस्तुत करता है और तुरंत लौटता है।

• dispatch_sync: निष्पादन के लिए एक ब्लॉक ऑब्जेक्ट प्रस्तुत करता है और उस ब्लॉक के निष्पादित होने के बाद लौटता है।

• dispatch_once: एक एप्लिकेशन के जीवनकाल के लिए केवल एक बार एक ब्लॉक ऑब्जेक्ट को निष्पादित करता है।

• dispatch_async_and_wait: निष्पादन के लिए एक कार्य आइटम प्रस्तुत करता है और केवल तब लौटता है जब यह निष्पादित होना समाप्त हो जाता है। dispatch_sync के विपरीत, यह फ़ंक्शन ब्लॉक को निष्पादित करते समय कतार के सभी गुणों का सम्मान करता है।

ये फ़ंक्शन इन पैरामीटर की अपेक्षा करते हैं: dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block

यह एक ब्लॉक का संरचना है:

struct Block {
void *isa; // NSConcreteStackBlock,...
int flags;
int reserved;
void *invoke;
struct BlockDescriptor *descriptor;
// captured variables go here
};

और यह dispatch_async के साथ parallelism का उपयोग करने का एक उदाहरण है:

#import <Foundation/Foundation.h>

// Define a block
void (^backgroundTask)(void) = ^{
// Code to be executed in the background
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Background task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
dispatch_queue_t backgroundQueue = dispatch_queue_create("com.example.backgroundQueue", NULL);

// Submit the block to the queue for asynchronous execution
dispatch_async(backgroundQueue, backgroundTask);

// Continue with other work on the main queue or thread
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Main task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
}
return 0;
}

Swift

libswiftDispatch एक पुस्तकालय है जो Swift bindings प्रदान करता है Grand Central Dispatch (GCD) ढांचे के लिए जो मूल रूप से C में लिखा गया है। libswiftDispatch पुस्तकालय C GCD APIs को एक अधिक Swift-फ्रेंडली इंटरफेस में लपेटता है, जिससे Swift डेवलपर्स के लिए GCD के साथ काम करना आसान और अधिक सहज हो जाता है।

• 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"))

Code example:

import Foundation

// Define a closure (the Swift equivalent of a block)
let backgroundTask: () -> Void = {
for i in 0..<10 {
print("Background task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

// Entry point
autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
let backgroundQueue = DispatchQueue(label: "com.example.backgroundQueue")

// Submit the closure to the queue for asynchronous execution
backgroundQueue.async(execute: backgroundTask)

// Continue with other work on the main queue
for i in 0..<10 {
print("Main task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

Frida

निम्नलिखित Frida स्क्रिप्ट का उपयोग कई dispatch फ़ंक्शंस में हुक करने और कतार का नाम, बैकट्रेस और ब्लॉक निकालने के लिए किया जा सकता है: https://github.com/seemoo-lab/frida-scripts/blob/main/scripts/libdispatch.js

frida -U <prog_name> -l libdispatch.js

dispatch_sync
Calling queue: com.apple.UIKit._UIReusePool.reuseSetAccess
Callback function: 0x19e3a6488 UIKitCore!__26-[_UIReusePool addObject:]_block_invoke
Backtrace:
0x19e3a6460 UIKitCore!-[_UIReusePool addObject:]
0x19e3a5db8 UIKitCore!-[UIGraphicsRenderer _enqueueContextForReuse:]
0x19e3a57fc UIKitCore!+[UIGraphicsRenderer _destroyCGContext:withRenderer:]
[...]

Ghidra

वर्तमान में Ghidra न तो ObjectiveC dispatch_block_t संरचना को समझता है, न ही swift_dispatch_block को।

तो अगर आप इसे समझाना चाहते हैं, तो आप बस इनकी घोषणा कर सकते हैं:

फिर, कोड में एक जगह खोजें जहाँ इन्हें उपयोग किया गया है:

"block" के सभी संदर्भों को नोट करें ताकि आप समझ सकें कि संरचना का उपयोग किया जा रहा है।

वेरिएबल पर राइट-क्लिक करें -> वेरिएबल को फिर से टाइप करें और इस मामले में swift_dispatch_block का चयन करें:

Ghidra स्वचालित रूप से सब कुछ फिर से लिख देगा:

References

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

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