机器独立性答案

【问题标题】：Machine Independency机器独立性
【发布时间】：2013-04-24 06:32:06
【问题描述】：

让我们考虑一个在 Windows 中编译的简单 C 程序。

我可以在 Intel CPU 机器上编译程序并在 AMD CPU 机器上运行它（相同的操作系统）。那么是不是说明CPU的指令集是一样的呢？

为什么同一个程序不能在不同操作系统和相同 CPU 的机器上运行？

【问题讨论】：

标签： operating-system hardware computer-architecture

【解决方案1】：

目标文件的二进制设置完全不同。还有哪些库可用或如何调用它们。

只需比较 ELF 或 EXE 文件的标头即可了解我的意思。

如果你编写一个像 "main(){printf("Hello\n"); return 0;} 这样的简单程序，那么编译器会在后台执行很多操作来打印这些行。运行在同一个 CPU 上没有帮助，因为它可以执行汇编指令，但是一旦调用第一个 OS 函数就会严重失败。

详细说明一下：

作为一个例子。假设我们在 Amiga OS 上运行，带有 Motorola 68000 CPU。

如果我没记错的话，调用系统库的调用约定涉及将指针加载到 CPU 的地址寄存器中，然后调用 OS 函数。

现在假设我也使用摩托罗拉 68000 CPU 编写自己的操作系统。然而，当我设计我的操作系统时，我认为使用堆栈进行数据交换是一个更好的主意，所以当你在我自己的私有操作系统中调用类似的函数时，你不会传递地址寄存器中的地址，而是你把它推到堆栈上。现在，当您的可执行文件将在我的操作系统中执行时（假设它可以加载，因为我使用相同的对象结构）您的可执行文件会将值放入寄存器中，而我的操作系统会尝试将它们从堆栈中弹出，因为它不知道它正在寻找的值应该是其他的。

我希望这更详细一点，以便您理解它，但当然问题比这更深，因为这只是所涉及问题的一小部分。

【讨论】：

用一个例子来编辑文本来说明我的意思。
哦，很好的插图..嘿，你知道什么好书可以从机器级别（数字逻辑）了解计算机是如何工作的吗？
我想补充一点，这样做的原因是操作系统尽力提供硬件抽象。尤其是出于方便、便携和安全方面的考虑。
对不起，我不能从头顶推荐一个。我会寻找“冯诺依曼架构”来帮助您入门，或者寻找有关操作系统设计的书籍。这个问题相当广泛，因此建议也可能取决于您的预期架构。

【解决方案2】：

您的 Intel 和 AMD 都使用 x86（或 x86-64）架构。这就是为什么您可以在两者上运行相同的软件的原因。然而，编译后的程序不仅包含对架构的依赖，还包含对底层操作系统的依赖。即使是 Linux 可执行文件的二进制格式也与 Windows 不同。

但是，您可以使用一个使用 C 标准库的简单 C 程序，并在不同的操作系统和处理器架构上编译它。只要您的代码不包含依赖于操作系统的代码，它就会跨操作系统移植。同样，如果您的代码不依赖于底层架构字节序，例如，它将跨架构移植。

约翰。

【讨论】：

谢谢。在运行时如何实现移植？
“运行时”是什么意思？如果您的意思是在运行时实现兼容性（Linux 上的 wine 就是一个很好的例子），这意味着有人编写了一个包装器，它知道如何加载可执行文件，然后拦截来自二进制文件的调用并将其转换为底层操作系统。否则无法在运行时移植可执行文件。你总是需要一个仿真层。
@ShankarNShankar 端口只有在操作系统有大量代码能够读取和执行 foreign 可执行文件时才能在运行时关闭。如今，这是一个虚拟机 (VM)。在某些平台上，如果两个平台足够相似以至于不需要完整的虚拟机，我就可以在没有虚拟机的情况下被淘汰。 Wine 在 Linux x86 或 Mac x86 上运行 Windows x86 就是一个例子。
@ShankarNShankar 运行时（例如，C 运行时）是在每个平台的基础上实现的。假设我们有两个微控制器，一个是 Renesas M16C，一个是 ARM (LPC2138)。两者都需要将 C 运行时移植到其特定要求，然后才能为相关微控制器编译任何 C 代码。