編譯過程
傳統編譯過程一般分為以下步驟。
源代碼（source code）→ 預處理器（preprocessor）→ 編譯器（compiler）→ 匯編程序（assembler）→ 目標代碼（object code）→ 鏈接器（linker）→ 可執行文件（executables）
其中預處理主要工作是宏定義的替換和頭文件的引入
編譯器
簡單而言，編譯器的設計一般分為三部分
傳統編譯器（compiler）的設計一般如下圖所示
LLVM編譯器設計如圖所示
- 前端 Frontend：前端的主要工作是解析源代碼， 詞法分析、語法分析、語義分析、檢查源代碼是否存在錯誤，然后構建抽象語法樹（Abstract Syntax Tree AST）。
- 優化器 Optimizer：負責優化代碼，例如消除冗余。
- 后端 Backend：將代碼映射到目標指令集，生成機器代碼。
LLVM
底層虛擬機（Low Level Virtual Machine），LLVM是一套編譯器基礎設施項目，以C++寫成，包含一系列模塊化的編譯器組件和工具鏈，用來開發編譯器前端和后端。優化各種語言寫的程序在編譯過程中環節，如編譯時期、鏈接時期、運行時期以及閑置時期。
LLVM前端
Clang是LLVM編譯器工具集的前端（front-end），屬于LLVM項目中的一個子項目，它是基于LLVM架構圖的輕量級編譯器，Clang的現在已經取代GCC，負責C、C++、OC語言的編譯。Clang主要工作是輸出代碼對應的抽象語法樹（Abstract Syntax Tree, AST），并將代碼編譯成LLVM Bitcode。接著在后端（back-end）使用LLVM編譯成平臺相關的機器語言。
LLVM中間端
LLVM的核心是中間端表達式（Intermediate Representation，IR），一種類似匯編的底層語言。
LLVM后端
LLVM后端的主要工作是將LLVM中間端表達式（IR）轉換成特定目標機器代碼（object code），機器代碼一般由機器代碼或接近于機器語言的代碼組成。即存放目標代碼的計算機文件，它常被稱作二進制文件（binaries）。目前LLVM支持輸出多種后端指令集，包括X86、PowerPC、ARM以及SPARC等。目標文件包含著機器代碼（可直接被CPU執行）以及代碼在運行時使用的數據，如重定位信息，如用于鏈接或調試的程序符號（變量和函數的名字），此外還包括其他調試信息。目標文件是從源代碼文件產生程序文件這一過程的中間產物。
LLVM鏈接器
LLD是LLVM項目中的鏈接器，替換GNU系統鏈接器。LLD把目標文件（.o文件和 .dyld .a）鏈接在一起來生成可執行文件或庫文件（mach-o文件）。
Mach-O文件格式
Mach-O 是 iOS 可執行文件的格式，典型的 Mach-O 是主二進制和動態庫。Mach-O 可以分為三部分：
- Header
- Load Commands
- Data
Header 的最開始是 Magic Number，表示這是一個 Mach-O 文件，除此之外還包含一些 Flags，這些 flags 會影響 Mach-O 的解析。
Load Commands 存儲 Mach-O 的布局信息，比如 Segment command 和 Data 中的 Segment/Section 是一一對應的。除了布局信息之外，還包含了依賴的動態庫等啟動 App 需要的信息。
Data 部分包含了實際的代碼和數據，Data 被分割成很多個 Segment，每個 Segment 又被劃分成很多個 Section，分別存放不同類型的數據。
標準的三個 Segment 是 TEXT，DATA，LINKEDIT，也支持自定義：
- TEXT，代碼段，只讀可執行，存儲函數的二進制代碼(__text)，常量字符串(__cstring)，Objective C 的類/方法名等信息
- DATA，數據段，讀寫，存儲 Objective C 的字符串(__cfstring)，以及運行時的元數據：class/protocol/method…
- LINKEDIT，啟動 App 需要的信息，如 bind & rebase 的地址，代碼簽名，符號表…
iTunes Connect 會對上傳 Mach-O 的 TEXT 段進行加密，防止 IPA 下載下來就直接可以看到代碼。這也就是為什么逆向里會有個概念叫做“砸殼”，砸的就是這一層 TEXT 段加密。iOS 13 對這個過程進行了優化，在博文中的page fault過程中，需要讀取Page In 的時候不需要解密了。
參考文章
http://www.aosabook.org/en/llvm.html
抖音品質建設 - iOS啟動優化《原理篇》
