硬货来啦!!使用纯 python 实现 Instruments 协议,跨平台 (win,mac,linux) 获取 iOS 性能数据

前言

获取 iOS 性能数据,一直都是比较麻烦的事情,之前在构建测试框架&平台的时候,获取 iOS 性能也是没有什么好的办法,也只能使用比较原始的方式,获取非越狱 iOS 性能数据,例如 xcode 调试可以获取,Instruments 获取数据,用起来也是极为不便。

到现在能做到跨平台,对非越狱 iOS 机器进行监控数据的貌似只有腾讯一家 PerfDog,确实非常优秀,但是腾讯对于 PerfDog 的技术还是比较保密的,GitHub 上比较有名的关于 iOS 设备控制仓库上例如 facebook idb,libimobiledevice 等,也都没有获取性能数据相关内容。

目前已经实现

使用纯 Python 代码跨平台(win,mac,linux) 获取 iOS 部分性能数据&其他数据,10.3 < iOS version < 14.2 虽然可以获取绝大部分 iOS 设备性能数据,当然也有部分设备没有兼容,也希望有兴趣的同学可以一起探讨共同开发。最终开源项目地址会在文章末尾开放

基本工作原理介绍

  • Usbmux
  • Lcokdown
  • LaunchDaemon
  • Instruments 通道
  • Framework
    • DeveloperDiskImage.dmg
    • MobileDevice.framework
  • DTXMessage 流

Usbmux

usbmuxd 的主要作用就是,通过 usb 来构建一条 socket 通道来实现 Mac OS 与 iOS 之间的通讯

windows 上则是 C:\Program Files\Common Files\Apple\Mobile Device Support\AppleMobileDeviceService.exe 驱动来监听 27105 端口与 iOS 之间进行通讯

想做相关工具开发,获取数据显然必不可少,下面监听 usbmuxd

### 转移 usbmuxd
sudo  mv /var/run/usbmuxd /var/run/usbmuxx
### 监听 usbmuxd 
sudo socat -t100 -x -v UNIX-LISTEN:/var/run/usbmuxd,mode=777,reuseaddr,fork UNIX-CONNECT:/var/run/usbmuxx 

### socat 工具是以文本来展示的,看起来相当费劲,
### 通过管道转到 wiershark 上面,wireshark 查看 usbmuxd 
sudo socat -d -d -lf /dev/stdout -x -v 2>&1   UNIX-LISTEN:/var/run/usbmuxd,mode=777,reuseaddr,fork UNIX-CONNECT:/var/run/usbmuxx | awk '/^[<>]/{a=0; $1 == "<" ? "I" : "0"; next}{$0 = substr($0, 1, 48);printf "%.4x %s\n",a,$0;a+=NF}' | text2pcap  - -  | wireshark  -ki -

### 很重要 !!!用完之后必须要复位,不然你的电脑之后就找不到手机了,必须重启电脑才行
sudo  mv /var/run/usbmuxx /var/run/usbmuxd

LaunchDaemon & Lcokdown

用于与设备配对并启动其他服务。
成功配对后才能访问其他服务。成功配对需要解锁设备,并且用户单击手机屏幕上的“信任此设备”。后面主要都是与 Lcokdown 服务进行交互通讯

主要交互方式通过 plist 格式文件进行交互来启动相关服务,这里咱们使用 python plistlib 来进行 byte 流转换

例如启动 com.apple.syslog_relay 服务

2020-12-15 14:04:53,987 - plist_service.py[line:88] - DEBUG: 发送 Plist: {'Request': 'StartService', 'Label': 'pyMobileDevice', 'Service': 'com.apple.syslog_relay'}
2020-12-15 14:04:53,987 - plist_service.py[line:90] - DEBUG: 发送 Plist byte: b'<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>\n<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">\n<plist version="1.0">\n<dict>\n\t<key>Label</key>\n\t<string>pyMobileDevice</string>\n\t<key>Request</key>\n\t<string>StartService</string>\n\t<key>Service</key>\n\t<string>com.apple.syslog_relay</string>\n</dict>\n</plist>\n'

Instruments 服务

想要与 Instruments 服务进行通讯,第一个我们需要找到入口,第二个我们需要知道交换 DTXMessage 数据流格式,并对其进行编解码

这里如何开启通道,以及数据解析,就要看向Troy Bowman 大佬在逆向工程大会上发布的演讲。

大佬的两个项目连接共大家参考

https://github.com/troybowman/dtxmsg

https://github.com/troybowman/ios_instruments_client

好了知道相关流程了,开始抄作业吧
DTXMessage Header 头解析
https://github.com/troybowman/ios_instruments_client/blob/master/ios_instruments_client.h
https://github.com/facebook/idb/tree/master/PrivateHeaders IDB 仓库也有大量不同协议头,有兴趣的可自行查看,使用 python 构造 DTXMessage 头解析协议头示例

class DTXMessageHeader(Structure):
    _fields_ = [
        ('magic', c_uint32),
        ('cb', c_uint32),
        ('fragmentId', c_uint16),
        ('fragmentCount', c_uint16),
        ('length', c_uint32),
        ('identifier', c_uint32),
        ('conversationIndex', c_uint32),
        ('channelCode', c_uint32),
        ('expectsReply', c_uint32)
    ]


class DTXMessagePayloadHeader(Structure):
    _fields_ = [
        ('flags', c_uint32),
        ('auxiliaryLength', c_uint32),
        ('totalLength', c_uint64)
    ]

如何拿到 dtx 流数据可以参考项目:
https://github.com/danielpaulus/dtx_codec
该项目可以直接获取和模拟器进行交互时的 dtx ,可以用来测试数据解析是否正常。

sysmontap.py 示例效果展示

[
    {
        "PerCPUUsage": [
            {
                "CPU_NiceLoad": 0.0,
                "CPU_SystemLoad": -1.0,
                "CPU_TotalLoad": 11.881188118811878,
                "CPU_UserLoad": -1.0
            },
            {
                "CPU_NiceLoad": 0.0,
                "CPU_SystemLoad": -1.0,
                "CPU_TotalLoad": 17.0,
                "CPU_UserLoad": -1.0
            }
        ],
        "EndMachAbsTime": 656566442146,
        "CPUCount": 2,
        "EnabledCPUs": 2,
        "SystemCPUUsage": {
            "CPU_NiceLoad": 0.0,
            "CPU_SystemLoad": -1.0,
            "CPU_TotalLoad": 28.881188118811878,
            "CPU_UserLoad": -1.0
        },
        "Type": 33,
        "StartMachAbsTime": 656542341717
    },
    {
        "Processes": {
            "351": [
                351,            // pid 
                417710325760,   // memVirtualSize
                770048,         // memResidentSize
                0.0,            // cpuUsage
                528,
                -82,            
                934232,         // physFootprint
                819200,         // memAnon
                0.0,            // powerScore
                708608          // diskBytesRead
            ],
            "519": [
                519,
                418581921792,
                46628864,
                13.8574323237612,
                30281,
                6465,
                61965152,
                20381696,
                14.082756426586586,
                57790464
            ],
            "311": [
                311,
                417748434944,
                6635520,
                0.0,
                10189,
                43,
                1671552,
                1540096,
                0.0,
                22274048
            ],
            "271": [
                271,
                417744961536,
                4718592,
                0.0,
                8188,
                473,
                2130344,
                1998848,
                0.0,
                36442112
            ]
        },
        "Type": 5,
        "EndMachAbsTime": 656567535862,
        "StartMachAbsTime": 656542716738
    }
]

使用时注意事项及需求:

  • 电脑需要有 iOS 驱动 iTunes,Linux 安装 usbmuxd 驱动自行百度
  • 如果是 mac 可能没有 lockdown 权限,需要 sudo chmod 777 /var/db/lockdown/
  • 如果抛出 StartServiceError 异常,需要使用 xcode 激活一下设备,激活方式打开 xcode ,插上手机点击“信任”,即可拔掉数据线。(理论上这一步也可以用脚本进行激活,暂未实现)

本项目源码地址:

https://github.com/YueChen-C/py-ios-device
既然看完了,要是能点个 star 就最好啦

本项目基于
https://github.com/iOSForensics/pymobiledevice 因为项目比较久,在项目基础上进行优化和修改并增加了 instruments 协议

参考项目:
https://github.com/troybowman/dtxmsg
https://github.com/troybowman/ios_instruments_client
https://github.com/danielpaulus/dtx_codec
https://github.com/libimobiledevice
https://github.com/facebook/idb