为什么机器代码取决于操作系统类型？ [关闭]答案

【问题标题】：Why does the machine code depend on the OS type? [closed]为什么机器代码取决于操作系统类型？ [关闭]
【发布时间】：2017-04-30 10:54:56
【问题描述】：

假设，我有一个用 C 语言编写的程序，我有两台相同的计算机，一台运行 Windows，另一台运行 linux。由于计算机是相同的，它们的处理器具有相同的指令集，因此编译后的机器代码应该是相同的。那么为什么我需要编译我的程序两次呢？假设，我不调用任何与操作系统相关的函数，或者依赖于实际操作系统的函数。

【问题讨论】：

可执行格式不同。
你无法避免调用操作系统函数或调用操作系统函数的东西。如果您希望您的程序具有可见的效果，例如打印一个数字，则不是。
为什么它们不同？它与保护模式/内核模式有关吗？如果处理器相同，它们不应该运行相同的机器代码吗？
它们运行相同的机器代码，但操作系统的接口不同。
即使您不调用“操作系统特定函数”，编译器也会这样做。至少在程序结束时“返回操作系统”会完成

标签： c assembly compilation linker machine-code

【解决方案1】：

机器码不依赖操作系统，同一个CPU都是一样的。

如果您在目标 CPU 模式下（比如 x86 32b）执行了与操作系统无关的一段机器代码，并将其加载到一些 ROM 内存中，以便它可用，您可以在 Windows 和 Windows 中映射该部分 ROM linux（通过完全不同的OS API来映射物理内存并赋予它可执行权限），然后跳转到那里..并且ROM中的机器代码将以相同的方式运行。

那么为什么我需要编译我的程序两次呢？假设，我不调用任何与操作系统相关的函数，或者依赖于实际操作系统的函数。

您不必这样做。但通常您希望代码中有一些入口点，通常提供通用入口点的最简单方法是遵循 OS 定义的 ABI（应用程序二进制接口），因此例如在 32b 窗口中，您从堆栈中读取参数，而在 64b 中linux 你在寄存器中接收参数（如果可能的话）。如果您不调整您的过程序言代码以以正确的方式选择参数，它将在“其他”操作系统中以错误的输入运行，而不是为其编写。

但是机器码本身，CPU指令，是一样的。

也就是说，在 x86 上，由于历史上的向后兼容性，情况有点棘手，因此 CPU 可以处于 16b 模式、32b [受保护] 模式（其中几个加上不同的设置）或 64b 模式。 80386 CPU指令mov eax,1对16b模式和32b模式有不同的机器码编码。

但只要你的目标是相同的 CPU 模式，相同指令的机器码就会以相同的方式编译。您只需编写不同的源代码以遵循不同的 ABI。

而且可执行文件...每种格式都不一样，甚至不是“每个操作系统”，同样由于历史原因，几乎所有 x86 操作系统都支持几种可执行文件格式，因此文件中存储的机器码周围的元数据（操作系统在将机器代码加载到内存并设置运行时使用）是完全不同的。

实际的例子是linux appwine，它可以执行windows可执行文件，通过提供假的操作系统挂钩点来模拟windows操作系统，并通过理解windows可执行二进制文件，从而正确地将它们加载到内存中。此类 Windows 应用程序的机器代码是本地运行的，无需任何进一步的修补。

【讨论】：

还有一个注意事项。汇编程序通常会生成“目标文件”，这些文件又是特定于工具链的格式，因此 Microsoft Visual Studio 使用不同的“.obj”文件来存储相同的汇编机器代码，而不是 linux 上的 gcc 生成“.o”。目标文件的机器代码部分相同，但允许链接此类文件的元数据可能完全不同（加上调试元数据的不同格式等）。所以这是另一个原因，为什么您必须多次编译相同的源代码，但不是针对每个操作系统，而是针对每个工具链。
另外，ABI 在类型大小上的差异：long 在 x86-64 Windows 上是 32 位，但在 System V x86-64 ABI 中是 64 位。因此，相同的 C 结构在为不同的 ABI 编译时可能意味着不同的东西，更不用说单个变量的大小不同（因此在机器代码中需要不同的操作数大小，以及本地变量的不同堆栈布局等）
它比“每个工具链”更糟糕。它是每个版本的工具链。对于来自特定供应商的所有工具，不能永久保证中间文件的二进制兼容性。我不确定 GCC 人员是否尝试在此处提供向后兼容性，但 Microsoft 明确没有。（实际上，这颇具讽刺意味。）跨工具链唯一起作用的是调试信息，因为它具有标准化的格式。但是，当然，关于标准的最好的事情是有很多可供选择：COFF、ELF、CodeView、PDB，... :-)
因此，如果您在可执行文件中剥离元数据（特定于操作系统），如果使用相同的 CPU 架构，任何操作系统上的机器代码是否相同？即使程序包含一些系统调用？
@CharanSai 如果程序包含一些系统调用，那也是机器代码，并且该部分因操作系统而异。与操作系统无关的一切都可以相同，但是如果您将学习一点汇编，您会发现存在 [不同] 操作系统约定，甚至包括代码的不同部分如何在它们之间传递参数。因此，即使没有系统调用，生成的机器代码也可能略有不同，但对于 CPU 本身来说，它是相同的指令集。换个角度想，CPU 不知道操作系统在运行什么，操作系统也不会修改 CPU 指令，只是用不同的方式使用它们。