iOS监控：启动crash

相较于正常的崩溃问题，启动 crash 造成的损失要远远大得多。正常来说，如果有足够强健的构建发布系统，大多数时候能在版本上线之前及时发现问题并且修复，但是仍然存在小概率的线上意外。启动 crash 一般同时具备 损害严重 以及 难以捕获 两大特点

启动过程

从应用图标被用户点击开始，直到应用可以开始响应发生了很多事情。正常来说，尽管我们希望 crash 监控工具启动的尽可能早，但接入方往往总是等到 launch 事件之后才能启动工具，而在这个时间之前发生的崩溃就是启动 crash ，下面列出了在应用直到 launch 时，存在的可能发生启动 crash 的阶段：

image

其中 initialize 的顺序可能在更早，但总是会在 load 和 launch 之间。从图中来说，如果我们想要监控启动 crash ，那么开始监控的时间点必须要放到 load 阶段，才能保证最好的监控效果

如何监控

最简单的方式是不管接入方愿不愿意启动 crash 监控，我们在 load 方法中直接启动监控功能。但是这样的做法会让应用面临四个风险点：

• 类似 A/B 的线上开关方案失去了对监控工具的控制能力

• crash 监控启动存在崩溃问题，这将导致应用完全瘫痪

• load 阶段类未加载完毕，启动工具过程的递归加载引发的崩溃无法监控

综合这些风险点，启动 crash 监控的方案应该满足这些条件：

• 启动过程不依赖类，避免递归加载造成的 crash

• 一旦过程发生 crash ，能够保证日志记录的安全性

最终得出监控的流程图：

image

不依赖类

不依赖类意味着监控工具需要使用 C 接口来实现功能，虽然比较麻烦，但由于 runtime 的机制决定了所有方法调用最终要以 objc_msgSend 函数作为入口，因此如果能够 hook 掉这个函数并且实现一个调用栈结构，将所有调用入栈记录，那么追踪方法调用就不是难事。 fishhook 提供了 hook 掉函数的能力：

__unused static id (*orig_objc_msgSend)(id, SEL, ...);

__attribute__((__naked__)) static void hook_Objc_msgSend() {
    /// save stack data
    /// push msgSend
    /// resume stack data
    
    /// call origin msgSend
    
    /// save stack data
    /// pop msgSend
    /// resume stack data
}

void observe_Objc_msgSend() {
    struct rebinding msgSend_rebinding = { "objc_msgSend", hook_Objc_msgSend, (void *)&orig_objc_msgSend };
    rebind_symbols((struct rebinding[1]){msgSend_rebinding}, 1);
}

实现msgSend

__naked__ 修饰的函数告诉编译器在函数调用的时候不使用栈保存参数信息，同时函数返回地址会被保存到 LR 寄存器上。由于 msgSend 本身就是用这个修饰符的，因此在记录函数调用的出入栈操作中，必须保证能够保存以及还原寄存器数据。 msgSend 利用 x0 - x9 的寄存器存储参数信息，可以手动使用 sp 寄存器来存储和还原这些参数信息：

/// 保存寄存器参数信息
#define save() \
__asm volatile ( \
    "stp x8, x9, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x6, x7, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x4, x5, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x2, x3, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x0, x1, [sp, #-16]!\n");

/// 还原寄存器参数信息
#define resume() \
__asm volatile ( \
    "ldp x0, x1, [sp], #16\n" \
    "ldp x2, x3, [sp], #16\n" \
    "ldp x4, x5, [sp], #16\n" \
    "ldp x6, x7, [sp], #16\n" \
    "ldp x8, x9, [sp], #16\n" );
    
/// 函数调用，value传入函数地址
#define call(b, value) \
    __asm volatile ("stp x8, x9, [sp, #-16]!\n"); \
    __asm volatile ("mov x12, %0\n" :: "r"(value)); \
    __asm volatile ("ldp x8, x9, [sp], #16\n"); \
    __asm volatile (#b " x12\n");


/// msgSend必须使用汇编实现
__attribute__((__naked__)) static void hook_Objc_msgSend() {

    save()
    __asm volatile ("mov x2, lr\n");
    __asm volatile ("mov x3, x4\n");
    
    call(blr, &push_msgSend)
    resume()
    call(blr, orig_objc_msgSend)
    
    save()
    call(blr, &pop_msgSend)
    
    __asm volatile ("mov lr, x0\n");
    resume()
    __asm volatile ("ret\n");
}

日志记录

常规的 I/O 处理不能保证 crash 发生的数据安全，因此 mmap 是最适合用于此场景的方案。 mmap 能保证即便是应用发生了不可抗拒的崩溃时，也能完成将文件写入 IO 的工作。另外我们只需记录 class 和 selector 的调用栈信息，在不存在递归算法的情况下，只需要很小的内存使用就能记录这些数据：

time_t ts = time(NULL);
const char *filePath = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES).lastObject stringByAppendingString: [NSString stringWithFormat: @"%d", ts]].UTF8String;

unsigned char *buffer = NULL;
int fileDescriptor = open(filePath, O_RDWR, 0);
buffer = (unsigned char *)mmap(NULL, MB * 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_FILE|MAP_SHARED, fileDescriptor, 0);

buffer 就是我们写入数据的缓冲区，为了保证调用栈的信息准确，每次调用函数信息出入栈的时候，都需要更新缓冲区的数据。一个可行的方式是每个调用记录添加一个 @ 符号前缀，总是保存最后一个调用记录的此符号下标，出栈时清除该下标之后的所有数据即可

static inline void push_msgSend(id _self, Class _cls, SEL _cmd, uintptr_t lr) {
    _lastIdx = _length;
    buffer[_lastIdx] = '@';
    ......
}

static inline void pop_msgSend(id _self, SEL _cmd, uintptr_t lr) {
    ......
    buffer[_lastIdx] = '\0';
    _length = _lastIdx;
    size_t idx = _lastIdx - 1;
    
    while (idx >= 0) {
        if (buffer[idx] == '@') {
            _lastIdx = idx;
            break;
        }
        idx--;
    }
}

清空日志

由于 msgSend 的调用非常频繁，这种监控方案并不适合长时间启动，因此需要在某个时机关闭监控。由于正常的崩溃监控启动时也可能会存在 crash ，监听 becomeActive 通知来关闭功能是最合适的选择，因为此时已经过了 launch 启动崩溃监控工具的阶段，可以保证该工具本身是正常使用的：

[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver: self selector: @selector(closeMsgSendObserve) name: UIApplicationDidBecomeActiveNotification object: nil];

- (void)closeMsgSendObserve {
    close(fileDescriptor);
    munmap(buffer, MB * 4);
    [[NSFileManager defaultManager] removeItemAtPath: _logPath error: nil];
}

回滚

当需要回滚时，说明已经发生了启动 crash ，此时根据日志内容，也有不同的处理方式：

• 日志文件是空文件

  这种情况是最危险的情况，如果日志文件为空，说明文件已经建立，但是还没有产生任何方法调用。很有可能在 fishhook 的处理过程中存在 crash ，此时应该直接关闭监控方案，即便不是它的原因，并且快速增发版本

• 日志文件不为空

  如果日志文件不为空，说明成功的监控到了 crash ，此时应该同步上传日志文件，快速反馈到业务方及时止损。首先止损手段都应该采用同步的方式，保证应用能够继续运行，根据情况不同，止损的回滚方式包括以下：

  1. 如果 crash 发生在并不干扰正常业务执行的功能组件中，可以通过 A/B 线上开关关闭对应的功能，前提是功能组件使用开关控制

  2. 崩溃处代码已经干扰正常业务执行，但是错误代码短，可以尝试通过服务器下发 patch 包动态修复错误代码，但是 patch 包要提防引入其他问题

  3. 在 A/B Test 和 patch 包都无法解决问题的情况下，假如项目采用了合理的组件化设计，通过路由转发来使用 h5 完成应用的正常运行

  4. 缺少动态修复的手段且 crash 不干扰正常业务执行，考虑停止一切插件、辅助组件运行

  5. 缺少动态修复的手段，包括 1, 2, 3 的方案。可考虑通过第三方越狱市场提供逆向包，提示用户下载安装

  6. 缺少动态修复的手段，包括 1, 2, 3 的方案。增发版本快速止损，使用 Test Flight 分批次快速让用户恢复使用