小试 Xcode 逆向：App 内存监控原理初探

动手实践

准备一个小项目

运行一下，我们可以在debug面板看到memory report信息

lldb和hopper的使用

通过如下操作，我们可以直接attach Xcode调试

• ➜ ~ lldb -n Xcode
• (lldb) process attach --name "Xcode"
• Process 969 stopped
• * thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = signal SIGSTOP
• frame #0: 0x00007fffe2bcb34a libsystem_kernel.dylib`mach_msg_trap + 10
• libsystem_kernel.dylib`mach_msg_trap:
• -> 0x7fffe2bcb34a <+10>: retq
• 0x7fffe2bcb34b <+11>: nop
•  
• libsystem_kernel.dylib`mach_msg_overwrite_trap:
• 0x7fffe2bcb34c <+0>: movq %rcx, %r10
• 0x7fffe2bcb34f <+3>: movl $0x1000020, %eax ; imm = 0x1000020
• Target 0: (Xcode) stopped.
•  
• Executable module set to "/Applications/Xcode.app/Contents/MacOS/Xcode".
• Architecture set to: x86_64h-apple-macosx.
• (lldb) c
• Process 969 resuming
• (lldb)

来到Xcode debug面板，可以直接看到app运行时的内存信息。先小试一下那个内存信息栏能否响应点击操作。加个断点，尝试点击一下那个内存栏，bingo，顺利跑到断点处~

• (lldb) b -[NSResponder mouseUp:]
• Breakpoint 1: where = AppKit`-[NSResponder mouseUp:], address = 0x00007fffcb070177
• Process 969 stopped
• * thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
• frame #0: 0x00007fffcb070177 AppKit`-[NSResponder mouseUp:]
• AppKit`-[NSResponder mouseUp:]:
• -> 0x7fffcb070177 <+0>: pushq %rbp
• 0x7fffcb070178 <+1>: movq %rsp, %rbp
• 0x7fffcb07017b <+4>: popq %rbp
• 0x7fffcb07017c <+5>: jmp 0x7fffcaf94724 ; forwardMethod
• Target 0: (Xcode) stopped.(lldb)

因为Xcode肯定是x86_64架构编译的，所以通过po $rdi，可以看到点击方法的对象是。第一直觉告诉我，NSTextField是不是类似于UITextField，有text属性可以被赋值？查看了一下apple文档，它的父类NSControl有个stringValue属性可以设置，设断点，发现面板上内存变化时，断点触发了，bt一下，可以看到如下信息(注意，要先确定触发断点的是展示内存的那个NSTextField)

• (lldb) bt
• * thread #1, queue = 'MainQueue: -[DBGLLDBSession processProfileDataString:]_block_invoke', stop reason = breakpoint 1.1
• * frame #0: 0x00007fffcaef1897 AppKit`-[NSControl setStringValue:]
• frame #1: 0x0000000125f5b305 DebuggerUI`__54-[DBGGaugeMemoryEditor _setupTopSectionComponentViews]_block_invoke + 955
• frame #2: 0x0000000106e49e36 DVTFoundation`-[DVTObservingBlockToken observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:] + 610
• frame #3: 0x00007fffced5035d Foundation`NSKeyValueNotifyObserver + 350
• frame #4: 0x00007fffced4fbf4 Foundation`NSKeyValueDidChange + 486
• frame #5: 0x00007fffcee8e867 Foundation`-[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:usingBlock:] + 944
• frame #6: 0x00007fffced1395d Foundation`-[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKey<span class="emoji emoji-sizer" style="background-image:url(/emoji-data/img-apple-64/1f511.png)" data-codepoints="1f511"></span>key:usingBlock:] + 60
• frame #7: 0x00007fffced7c23b Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify + 261
• frame #8: 0x0000000106e8a742 DVTFoundation`__DVTDispatchAsync_block_invoke + 97
• frame #9: 0x00007fffe2a77524 libdispatch.dylib`_dispatch_call_block_and_release + 12
• frame #10: 0x00007fffe2a6e8fc libdispatch.dylib`_dispatch_client_callout + 8
• frame #11: 0x00007fffe2a849a0 libdispatch.dylib`_dispatch_queue_serial_drain + 896
• frame #12: 0x00007fffe2a77306 libdispatch.dylib`_dispatch_queue_invoke + 1046
• frame #13: 0x00007fffe2a7b908 libdispatch.dylib`_dispatch_main_queue_callback_4CF + 505
• frame #14: 0x00007fffcd35bbc9 CoreFoundation`__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__ + 9
• frame #15: 0x00007fffcd31cc0d CoreFoundation`__CFRunLoopRun + 2205
• frame #16: 0x00007fffcd31c114 CoreFoundation`CFRunLoopRunSpecific + 420
• frame #17: 0x00007fffcc87cebc HIToolbox`RunCurrentEventLoopInMode + 240
• frame #18: 0x00007fffcc87ccf1 HIToolbox`ReceiveNextEventCommon + 432
• frame #19: 0x00007fffcc87cb26 HIToolbox`_BlockUntilNextEventMatchingListInModeWithFilter + 71
• frame #20: 0x00007fffcae15a54 AppKit`_DPSNextEvent + 1120
• frame #21: 0x00007fffcb5917ee AppKit`-[NSApplication(NSEvent) _nextEventMatchingEventMask:untilDate:inMode:dequeue:] + 2796
• frame #22: 0x000000010743d98e DVTKit`-[DVTApplication nextEventMatchingMask:untilDate:inMode:dequeue:] + 390
• frame #23: 0x00007fffcae0a3db AppKit`-[NSApplication run] + 926
• frame #24: 0x00007fffcadd4e0e AppKit`NSApplicationMain + 1237
• frame #25: 0x00007fffe2aa4235 libdyld.dylib`start + 1
• frame #26: 0x00007fffe2aa4235 libdyld.dylib`start + 1

从函数调用栈上，我们可以看出，NSTextField值的变化是通过kvo某个值实现的。image lookup -rn '[DBGGaugeMemoryEditor，可以发现它位于/Applications/Xcode.app/Contents/PlugIns/DebuggerUI.ideplugin/Contents/MacOS/DebuggerUI, 把二进制文件拖到hooper里看一下-[DBGGaugeMemoryEditor _setupTopSectionComponentViews]_block_invoke的实现。

通过查看相应的实现，可以知道是它通过debugSession实例获取相关信息的，再结合调用栈信息，debugSession肯定就是DBGLLDBSession。同样的，通过lldb，我们可以找到DBGLLDBSession位于/Applications/Xcode.app/Contents/PlugIns/DebuggerLLDB.ideplugin/Contents/MacOS/DebuggerLLDB，企图通过hooper看看它的实现，然而并没看出啥有用信息。只能继续尝试lldb断点。po $rdx打印它的参数，似乎出了一串奇怪的字符串？！

• (lldb) b -[DBGLLDBSession processProfileDataString:]
• Breakpoint 3: where = DebuggerLLDB`-[DBGLLDBSession processProfileDataString:], address = 0x0000000115f99c52
• (lldb) c
• Process 4489 resuming
• Process 4489 stopped
• * thread #30, name = '<DBGLLDBSessionThread (pid=51274)>', stop reason = breakpoint 3.1
• frame #0: 0x0000000115f99c52 DebuggerLLDB`-[DBGLLDBSession processProfileDataString:]
• DebuggerLLDB`-[DBGLLDBSession processProfileDataString:]:
• -> 0x115f99c52 <+0>: push rbp
• 0x115f99c53 <+1>: mov rbp, rsp
• 0x115f99c56 <+4>: push r15
• 0x115f99c58 <+6>: push r14
• Target 0: (Xcode) stopped.
• (lldb) po $rdi
• <DBGLLDBSession: 0x7f9c998bec90>
•  
• (lldb) po $rdx
• num_cpu:8;host_user_ticks:3332988;host_sys_ticks:2148237;host_idle_ticks:23546214;elapsed_usec:1513647973058229;task_used_usec:43128;thread_used_id:1;thread_used_usec:841463;thread_used_name:;thread_used_id:4;thread_used_usec:595;thread_used_name:;thread_used_id:5;thread_used_usec:2130;thread_used_name:576562546872656164;thread_used_id:6;thread_used_usec:3012;thread_used_name:636f6d2e6170706c652e75696b69742e6576656e7466657463682d746872656164;thread_used_id:11;thread_used_usec:255;thread_used_name:;total:17179869184;used:14274596864;rprvt:0;purgeable:0;anonymous:57823232;energy:98435210380;

google大法，lldb源码查看
随便抽了一个关键字host_sys_ticks，google了一下，发现这串字符，竟然来自lldb项目里的debugserver！先查看了一下本机的lldb版本（lldb-900.0.45），在apple open source的官网上没找到这个版本的lldb。无奈下只能去lldb官网clone了一份最新的代码，虽然不知道apple是基于哪个lldb版本开发的，但是看最新的实现总不会错~

通过查看debugserver源码，可以发现前面那串字符串是在std::string MachTask::GetProfileData(DNBProfileDataScanType scanType)生成的，里面有各种profile信息，比如cpu，memory等。

大胆猜想一下，Xcode的内存监控正是定时通过获取debugserver的这个方法的信息来展示的！！！

另外，关于debugserver，可以看这里的介绍。简单来说，它是运行在ios上的一个可以接受lldb前端命令的『远程调试』服务器。在越狱设备上，可以通过它做很多trick，这里暂且不表。

验证

初步

扒出memory profile的代码实现如下：

• static void GetPurgeableAndAnonymous(task_t task, uint64_t &purgeable,
• uint64_t &anonymous) {
• #if defined(TASK_VM_INFO) && TASK_VM_INFO >= 22
•  
• kern_return_t kr;
• mach_msg_type_number_t info_count;
• task_vm_info_data_t vm_info;
•  
• info_count = TASK_VM_INFO_COUNT;
• kr = task_info(task, TASK_VM_INFO_PURGEABLE, (task_info_t)&vm_info,
• &info_count);
• if (kr == KERN_SUCCESS) {
• purgeable = vm_info.purgeable_volatile_resident;
• anonymous =
• vm_info.internal + vm_info.compressed - vm_info.purgeable_volatile_pmap;
• }
•  
• #endif
• }

再看看前面获取的anonymous的字节值，57823232对应的正是55.1445007MB，即debug内存面板展示的值！

这里再附上同事发现的WebKit内存计算公式，可以比较一下理解，具体参看这里，搜索一下phys_footprint便知。

• phys_footprint = (internal - alternate_accounting) + (internal_compressed - alternate_accounting_compressed) + iokit_mapped + purgeable_nonvolatile + purgeable_nonvolatile_compressed + page_table

具体

本来按理说是应该直接把上述代码拷出来具体执行进一步确认一下。但是意外的找到了一个偷懒的方法。既然Xcode是通过debugserver获取到相关信息，那么有没有办法直接和debugserver交互来获取信息呢？

继续翻看了一下lldb代码，lldb前端确实就存在相应的命令来触发debugserver执行。

通过代码可以发现std::string MachTask::GetProfileData(DNBProfileDataScanType scanType)会在RNBRemote接受到消息包qGetProfileData时执行，而lldb原来可以直接通过process plugin packet send命令来给debugserver发送包命令。

换句话说，也就是直接在Xcode终端直接执行命令验证

结合lldb脚本的使用，目测验证起来并不难。

当然，最终可能还是要直接拷出一下那段代码验证一下，这个后面有空再试试。

总结

虽然咋看下来全文一路顺畅，但是作为一名逆向新手，中间还是遇到了不少问题，不过收获也是很大滴~

lldb和hopper确实很强大，深入学习一下lldb源码还是有必要的，其中还是有不少有趣的地方值得挖掘。

通过Xcode debug机制的原理探寻，我们可以学习它的profile实现并且自己撸一遍做一套性能监控.

参考文献

[1]https://store.raywenderlich.com/products/advanced-apple-debugging-and-reverse-engineering

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