64 位软件和 32 位有什么具体区别?

(32) 2024-04-19 18:01:01

64bit软件和32bit软件最大的区别是64bit的软件可以同时操作大于4GB的内存。注意这里的内存指的是地址空间,而不是物理内存。比如现在有一个10GB的数据库需要进行排序。64bit的软件可以malloc一个10GB的空间把整个数据库“放进”内存然后使用任意经典排序算法,而32bit的软件在malloc时就会崩溃(out-of-memory)。所以32位软件的程序员只能使用复杂的算法显式的分块读入,局部排序,写回数据库,然后重复。这样不仅程序复杂难写,程序员swap内存和文件的算法效率可能也不如OS自动处理来的高效。另一方面,64bit软件巨大的内存空间也可能加速物理内存的消耗,增加寻址的开销,因此未必总是能够提高性能。

当然最终系统的效率还是取决于物理内存的大小,64bit只是解决了地址空间的瓶颈。

1.32bCPU和64bCPU的区别?
首先二者的指令集合、操作数位数、寄存器名称和个数等等都不相同;
比如一条mov eax,1指令,可能在32bCPU上对应的机器指令是0x1201;在64位机器上就是0x123401。程序对于机器CPU而言,仅仅是一系列顺序躺在内存中的01代码而已,而硬件上直接运行的是操作系统,所以你马上得出结论:32b的CPU只能运行32b的操作系统,64位亦然。
这么设计的确在理论上没什么不妥,实际上intel IA 64架构的处理器就是这样的,64b的CPU上只能运行64b的操作系统(操作系统本身也是软件,也是一系列指令序列)。

但这样问题就来了:我需要升级硬件来提速,难道买了CPU以后,要把上层的操作系统和应用软件通通换掉?坑碟呢?这种软硬件不兼容带来的问题就是,没有多少客户会去购买这种没法兼容32b原有软件环境的CPU。所以,后来intel和amd都推出了兼容32b原有软件环境的CPU——intel 的x86——64和amd的amd64.
也就是说,现在主流的64b处理器,上面可以运行32b和64b的操作系统。

2.编译器与程序位数?
通常情况下,编译器也仅仅是一个应用软件而已,64b机器上的64b编译器编译出来的也就是64b的应用软件。但是有没有例外呢?

想一想:第一个64的操作系统是怎么来的?
我们都知道现在操作系统一般是用C语言实现的,然后像普通程序一样经过编译器编译成可执行文件,难道64b的操作系统不是用64b的编译器编译出来的?

很显然,你的第一个64b的操作系统,需要用“64b”的编译器来生成,但你的64b的编译器运行在什么操作系统上呢?当然,我肯定运行在64b的操作系统之上,那你64b的操作系统从哪里来呢。。。。。。。。。。。。。。是不是觉得陷入循环了!!!!
所以,必然有一种编译器,本身是32b的软件,但是能够将程序编译成64b的可执行文件,也就是操作系统。也只有这种情况下,编译器本身位数和编译出来程序的位数才不一致。

3.操作系统位数和软件位数的关系

这里,我们首先要弄清一个软件是如何被运行的。

我们以C文件为例,讨论我们经典的hello word程序:
#include<stdio.h>
int main(){

printf("hello world")
}
一个源程序首先被预处理,寻找头文件,将头文件包括进来,里面有printf的申明。

然后被编译成目标文件,注意目标文件已经是二进制文件了,里面的符号表中有main、printf等,但是很显然,这个prinf不是我们自己写的,我们仅仅有它的申明而已。此时如果我们查看目标文件,就会发现目标文件中的printf函数是extern标记,表示这是一个外部符号,并不是我们定义的。
很显然,目标文件是没法运行的,因为里面有未知符号没有解析。

目标文件经过链接,形成可执行目标文件。因为操作系统提供了已经编译好的动态链接库,所以此时我们仅仅经过链接,神奇的hello就能执行了。

这样,你是不是没有感觉到你的软件有32b和64b的区别?你管它叫128b都没问题。
但是,上述过过程有几个非常重要的地方:
1)动态链接库
2)系统API

首先,你32b的操作系统上一般是没有64b的库文件的.如果你的应用程序源代码中引用了只有64b的动态库中才有的函数,很显然你链接的时候就会出问题。

量外,我们很多程序肯定用到了read和write等C语言库函数,而库函数的实现是依赖于系统API的。

如果你工作在windows上,程序大多数是以exe形式发布的,你得到的程序是目标文件以后的结果,本身是带有位数的;如果你工作在linux上,本身大部分软件包rpm等也是已经编译好的,就是说,它们本身就是具有“位数”的。如果你得到的是源码,那么基本上你的应用程序还没有“位数”的概念,你用多少位的编译器去编译它,它就是多少位的应用程序。我们这里讨论多少位的程序,都是针对已经编译到目标文件以后的状态。

4.回到最初的问题:
1)64位的系统上是否能运行32b的应用程序?
2)32b的系统上是否能运行64位的应用程序?

1)对于win系统而言,64b的系统上往往有32b的库和其他必要的信息,基本上能兼容32b的程序。想想,如果不能兼容,那么操作系统肯定比应用软件先出来——毕竟软件是在操作系统上开发的,这样操作系统出来之后,上面32b的软件都不能运行了?
显然不是这样的。也就是说,64b的系统上可以运行32b的程序。

2)32b的系统,一般情况下是没有64b的库的,也没有相关系统api,


一般情况下,32b的系统上没法运行64b的应用程序。

THE END

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