64位系统不必苦寻64位软件.doc

64位系统不必苦寻64位软件原理解析和使用建议最近，品牌机预装的OEM系统的首选已经是64位的了，很多朋友一个劲地抱怨64位兼容性太差不能装32位的软件或64位软件太少什么的。64位用32位软件其实没有问题，理论兼容 x86 全平台，兼容性应该是最全的才对，省略一万字以后，不知是哪里听说的，误解太深，最后已经无力解释了。于是干脆写了一篇长篇大论，以后就直接 copy-paste 了，虽然是常识，还是分享一下吧。一、历史问题首先开头，我们平常桌面电脑使用的所谓64位平台其实是 x86-64，也就是说在原有的 x86 平台上实现 64 位。什么是 x86 平台呢，也就是 Intel 在 8086 之后一系列处理器中使用的架构，8086 是 16 位的，后来扩展到 32 位的 80386，之后一直沿用就形成最流行的的 32 位处理器系列，这种架构也叫做 IA32（Intel 实现32位），注意 AMD 也是使用 Intel 的技术。32 位 x86 处理器经过大力发展，性能已经比较强大，完全适合于桌面计算机和通用服务器，用户和开发者数量庞大。但是 32 位 CPU 的内存寻址能力（可访问 4G 内存）有限，于是 AMD 公司率先开发出了 x86-64（也称为 AMD64）架构处理器，它完全可以实现 64 位计算。后来 Intel 自然不会示弱，也开发了EM64T（扩展内存 64 位技术），也就实现了和 AMD64 几乎一样的 IA32e（Intel 实现32位扩展）架构处理器。但是要注意的是在 AMD64 诞生之前， Intel 和 HP 等公司合作开发了 IA64 （Intel 实现64位）架构，这个是一个全新的 64 位架构，不兼容原有的 32 位程序，只能通过模拟器模拟执行，而且效果完全不尽人意。不过这和我们现在讨论的 64 位没有关系，这大概就是误解的来源之一。二、硬件问题那么，64 位计算是如何实现的呢？首先要说明 x86-64 是站在 x86 的肩膀上的，并没有另起炉灶，CPU 指令长度（即指令占有的二进制位数）不变，原有的指令集也一律保留，所以 x86 和 x86-64 总体的架构是一致的，指令完全兼容。改变的部分，原有通用寄存器容量均增长为 64 位，顺便还加了 8 个，同时增加了 8 个 128 位的 XMM 寄存器，内部总线（即 CPU 部件间的数据通道）宽带也增至 64 位或更多。当然还有增加用于支持这些寄存器的相关指令。由此可以看出，CPU 处理的数据均支持 64 位，内存编址理论上也可达到 2的64次方 个地址空间，但由于是在 x86 的架构上构建的 64 位计算，64 位线性寻址能力还不成熟，实际上的可编址并没有这么多，但可改进。之前也一再强调，x86-64 只不过是 x86 的扩展，因此现有的 64 位处理器可以同时运行 32 和 64 位程序。下面以 Intel 的技术（AMD 的原来其实一样）为例说明。具体情况要分为下面几类：-1. 没有激活 64 位（传统模式/ IA32 模式）。也就是没有为机器安装 64 操作系统，只使用 32 位操作系统。这时 CPU 只会工作在纯 32 位模式，第二节中提到的硬件和指令都被屏蔽掉了。（下面这些是涉及 32 位模式和兼容 16 位程序指令的，这里就不再详细说明了。）-1.1. 实模式-1.2. 虚拟 8086 模式-1.3. 保护模式-2. 已经激活 64 位。这时已经安装 64 位操作系统，操作系统在启动时就将 CPU 置为 64 位工作状态。所有新寄存器、扩展寄存器和指令都被激活并可用。-2.1. IA32e 模式/ EM64T 模式。这时正在运行 64 位程序，CPU 完全以 64 位特性工作。-2.2. 兼容模式。这就是在 64 位系统下运行 32 位程序的模式了。具体的情况下面会详细说明。三、如何实现在兼容模式下，支持 x86-64 的 64 位操作系统就要起到协调作用了，它首先要是识别程序的平台性质，如 16 位（Windows x64 并不支持 16 位子系统，因此无法执行 MS-DOS 16 位程序）、32 位，还是 64 位。如果是 32 位，就在相应的程序指令前加上 32 位标志，CPU 遇到这个标志时，就不会把程序应用的 64 位新特性中，为程序指定 32 位寄存器（虽然部分 32 位寄存器是 64 位寄存器的前一部分，但它们名字是不相同），内存空间也重新映射或进行必要转换（这还不太确定）。也就是说，32 位程序所看到的寄存器仍然是 32 位的，内存仍然只能访问 4G 或以下，它们不会发现 CPU 有任何异常。对于操作系统的软件部分，就拿 Windows x64 来说，我们可以发现，它比对应的 32 位系统要臃肿一些，部分原因是 64 位指令数据要长一些，单个程序会大一些。但更明显的是操作系统中的很多东西都是“双份”的，也就是分别准备了 64 位的和 32 位的，这些主要是平台资源（如 .NET 框架）、库资源（如 Visual C+ 库）和一些底层的系统工具（如 CMD、DXDiag）。更明显的表现是，打开系统分区，我们就能发现程序文件夹“Program Files”有两个，一个用于 x86-64 软件，另一个则用于 x86（32位）软件。这可说明，不仅硬件完全支持 x86/x86-64，操作系统也把这两个平台放在平等的地位。随着 64 位操作系统的推广，越来越多的软件开发者会同时在 32 位和 64 位环境下进行软件测试，保证软件的可靠性。但是要他们统统开发纯 64 的版本是不现实的，虽然从 x86 过度到纯 x86-64 理论上只要重新编译，原来的代码可以不作任何修改，但有时并不这么简单，同时还要考虑经济效率（再次开发是要花钱的），再说一些软件并不需要用的用到 64 位的计算特性（所以也没有修改和重新编译的必要）。所以就放心的用那些已经写明支持 x86 64位平台的程序好了，就算没有声明支持 x86-64 也是可以运行的。四、兼容问题和解决方案对于任何一个新的操作系统，都会用不兼容的情况。如果遇到不兼容，应该先考虑是否是操作系统自身升级带来的，打个比方，对于一个为 Windows XP 开发的程序如果在 Windows 7 x86 上运行没有问题，那在 Windows 7 x64 上运行应该也不会有问题。当然还是不推荐已经过时的程序。另一点需要注意的是，前面已经提到那些需要准备“双份”中的 32 位的平台或库资源是否安装了，它们是支持开发软件的基础，32 位和 64 位必须一一对应。如果缺失了相应的 32 位版本，需要它支持的 32 位程序自然不能运行。解决方法就是使用程序的安装向导重新安装（而不是使用绿色安装包），或者查找程序说明后再到微软下载中心下载缺失的组件。五、推荐使用 64 位而不用 32 位的情况和硬件打交到的驱动程序，因为他们的底层工作特性，64 位是必不可少的。这就是为什么 64 位操作系统推广缓慢的原因，也是 64 位“兼容性差”的表现。还好当前硬件厂商都默认发布 Windows 64 位版本。除了驱动程序还有什么软件必须用 64 位的？这个并不好说，一般说来是那些需要频繁处理大量数据或者需要占用很多内存空间（甚至会超出 4G 内存空间）的程序。比如（1）一些大型的开发平台或服务器平台，如 AutoCAD 、Photoshop 和 SQL Server 等；（2）编/解码器，如 PotPlayer 及对应解码器，如果你要看一些质量很高的电影，用 64 位软件渲染自然会流程一些；（3）一些非常常用的工具，如果你要 Internet Explorer 一次同时打开十几个页面，或者要杀毒软件监控