Link fast: Improve build and launch times

Highlight

Apple 将 ld64 静态链接器速度提升了一倍，并在 dyld 中引入了 chained fixups 和 page-in linking 技术，让 App 构建更快、启动更快、体积更小。

核心内容

静态链接：从编译到可执行文件

你写的代码需要和其他库一起才能运行。静态链接器（ld）负责把多个 .o 文件和静态库合并成一个可执行文件。静态库（.a）本质上是用 ar 打包的 .o 文件集合，链接器只加载能解析未定义符号的 .o 文件。

这个选择性加载机制很巧妙，但也带来问题：链接器必须按固定顺序串行处理静态库，无法充分利用多核。

（01:57）

ld64 今年快了一倍

Apple 的静态链接器 ld64 在今年进行了大幅优化。通过并行化内容拷贝、LINKEDIT 构建、UUID 计算和代码签名哈希，链接速度提升了一倍。

（07:06）

动态链接：启动时的隐形成本

动态库（dylib）在构建时只记录符号引用和库路径，不复制代码。这减小了 App 体积，但把成本推迟到了启动时：dyld 需要在启动时加载、映射、解析符号、执行 fixup。

（15:47）

Chained fixups：更小的二进制，更快的启动

今年 Apple 引入了 chained fixups 格式。传统 fixup 需要在 LINKEDIT 中记录每个 fixup 位置，而 chained fixups 只在 LINKEDIT 中记录每页的第一个 fixup 位置，其余信息编码在 DATA 段本身的指针中。这大幅减小了 LINKEDIT 体积。

（22:37）

Page-in linking：内核帮你做 fixup

配合 chained fixups，dyld 引入了 page-in linking。启动时不再一次性对所有 dylib 执行 fixup，而是由内核在首次访问 DATA 页时惰性应用 fixup。这减少了启动时间和脏内存，DATA_CONST 页变为 clean page，可以被回收和重建。

（25:07）

详细内容

静态库的选择性加载机制

// main.c
int main() {
    foo();
    return 0;
}

// foo.c
void foo() {
    bar();
}

// bar.c
void bar() {
    // implementation
}
void unused_func() {
    // never called
}

// baz.c
void baz() {
    undef(); // undefined symbol
}

编译后得到 main.o、foo.o、bar.o、baz.o。将 bar.o 和 baz.o 打包成静态库 lib.a。

链接命令：

ld main.o foo.o -l.a -o app

关键点：

• 链接器按命令行顺序处理文件
• 先加载 main.o，发现 main 定义和 foo 未定义
• 再加载 foo.o，解析 foo，但新增 bar 未定义
• 检查静态库 lib.a，发现 bar.o 定义了 bar，加载 bar.o
• baz.o 虽然也在 lib.a 中，但没有未定义符号需要它，所以不被加载
• 这就是静态库的选择性加载，未使用的 .o 文件不会进入最终程序

加速静态链接的四个选项

1. -all_load：并行加载所有静态库内容

# Other Linker Flags
-all_load

适用场景：App 最终会加载静态库中的大部分内容。此选项让链接器并行解析所有静态库，绕过串行限制。但如果多个静态库实现了相同符号，会导致冲突。

2. -dead_strip：移除未使用代码

# Build Settings -> Dead Code Stripping -> YES
# 或在 Other Linker Flags 中添加
-dead_strip

配合 -all_load 使用，补偿因加载全部内容而增加的体积。链接器会移除从 main 不可达的代码和数据。

3. -no_exported_symbols：跳过导出符号表构建

# Other Linker Flags
-no_exported_symbols

主 App 通常不需要导出符号。跳过 exports trie 构建可节省数秒链接时间。先用以下命令检查导出符号数量：

dyld_info -exports /path/to/YourApp

不适用场景：App 加载了链接回主可执行文件的插件，或用 XCTest 以 App 为 host 运行测试。

4. -no_deduplicate：Debug 构建跳过去重

# Other Linker Flags
-no_deduplicate

C++ 模板展开会产生大量相同指令的函数，链接器会去重以减小体积。但去重算法很耗时。Xcode 14 默认在 Debug 配置中传递此选项。如果你使用自定义构建系统，确保 Debug 构建添加此选项。

动态链接的 fixup 机制

App TEXT 段：
  call _malloc    →  实际变成：
  
  // stub 代码（TEXT 段）
  ldr x16, [DATA, #malloc_ptr]
  br x16

App DATA 段：
  malloc_ptr: 0x0  ← dyld 启动时填入 libSystem 中 malloc 的实际地址

关键点：

• TEXT 段不可变（代码签名要求）
• 调用外部 dylib 函数时，链接器生成 stub 代码
• stub 从 DATA 段加载函数指针并跳转
• dyld 启动时只修改 DATA 段，完成符号绑定
• 所有 fixup 本质上都是 dyld 在 DATA 段设置指针

Chained fixups 格式

传统 fixup：LINKEDIT 记录每个 fixup 的地址位置。

Chained fixups：

• LINKEDIT 只记录每页 DATA 的第一个 fixup 位置
• 后续 fixup 通过指针中的偏移位”链式”链接
• 指针中 packed 了：是否是 bind、下一个 fixup 的偏移、符号索引或内部偏移

要求：

• 部署目标 iOS 13.4+
• Xcode 14 自动为符合条件的 target 生成

Page-in linking 工作流程

启动流程（优化前）：
1. 加载主可执行文件
2. 递归加载依赖 dylib
3. 解析所有 bind 符号
4. 对所有 dylib 执行 fixup  ← 耗时
5. 运行 initializers

启动流程（优化后）：
1. 加载主可执行文件
2. 递归加载依赖 dylib
3. 解析所有 bind 符号
4. fixup 由内核在 page-in 时惰性执行  ← 省时间
5. 运行 initializers

关键点：

• 首次启动时 dyld 缓存绿色步骤的工作
• 后续启动复用缓存
• page-in linking 进一步优化 fixup 步骤
• 仅适用于启动时加载的 dylib，dlopen 的 dylib 仍由 dyld 传统处理

诊断工具

dyld_usage：追踪 dyld 启动行为

dyld_usage -t /Applications/TextEdit.app/Contents/MacOS/TextEdit

输出示例：

launch time: 15ms
fixups: 1ms   ← page-in linking 的贡献
static initializers: 12ms  ← 现在是大头

dyld_info：检查二进制文件

# 查看 fixup 信息
dyld_info -fixups /path/to/binary

# 查看导出符号
dyld_info -exports /System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Foundation

# 查看 dyld cache 中的库
dyld_info -exports Foundation

核心启发

• 评估静态库 vs 动态库的平衡点：ld64 今年快了一倍，你可以承受更多静态库或直接编译进 App 的源文件，减少 dylib 数量以降低启动成本。用 dyld_usage 测量启动时间，找到适合你项目的平衡点。

• Debug 构建启用 -no_deduplicate：如果你使用 C++ 或自定义构建系统，确保 Debug 配置添加 -no_deduplicate，可显著缩短链接时间而不影响 Release 体积优化。

• 检查并启用 chained fixups：将部署目标提升到 iOS 13.4+，Xcode 14 会自动生成 chained fixups 格式。用 dyld_info -fixups 验证你的二进制是否已使用新格式，在 iOS 16 上获得 page-in linking 的启动加速。

• 用 -no_exported_symbols 加速大型 App 链接：对主 App target 尝试添加 -no_exported_symbols，先用 dyld_info -exports 确认导出符号数量。如果数量很大（如数十万），此选项可节省数秒链接时间。

• 减少静态初始化器中的工作：dyld_usage 会显示 static initializers 的耗时。检查代码中全局变量的初始化逻辑，避免在 initializer 中做 I/O、网络请求或复杂计算。

关联 Session

• What’s new in Xcode — Xcode 14 的整体更新，包含更快的链接器
• Diagnose Power and Performance regressions in your app — 使用 Instruments 诊断性能问题
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