为什么好多软件都区分32位和64位,到底有什么区别?

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64位软件和32位软件最大的区别是:64位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。64位的软件可以动态的分配一个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32位的软件在动态分配时就会崩溃。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,程序员交换内存和文件的算法效率可能也不如操作系统自动处理来的高效。

另一方面,64位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,64位只是解决了地址空间的瓶颈。32位CPU和64位CPU的区别?32位、64位CPU在指令集合、操作数位数、寄存器名称和个数等都不相同。

比如一条mov

eax,1指令,可能在32位CPU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:32位的CPU只能运行32位的操作系统,64位同理。

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,64位的CPU上只能运行64位的操作系统(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?

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32位原有软件环境的CPU。所以,后来intel和amd都推出了兼容32位原有软件环境的CPU(intel

的x86&64和amd的amd64)。也就是说,现在主流的64位CPU,上面可以运行32位和64位的操作系统。编译器与程序位数编译器也是一个应用软件,64位机器上的64位编译器编译出来的也就是64位的应用软件。

但是有没有例外呢?那第一个64位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64位的操作系统不是用64位的编译器编译出来的?很显然,你的第一个64位的操作系统,需要用“64位”的编译器来生成,但你的64位的编译器运行在什么操作系统上呢?

当然,我肯定运行在64位的操作系统之上,那你64位的操作系统从哪里来呢?死循环状态中。所以,必然有一种编译器,本身是32位的软件,但能够将程序编译成64位的可执行文件,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。

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。显然,这时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32位和64位的区别?你管它叫128位都没问题。



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

另外,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。所以32位和64位软件的并存是CPU、系统、编译综合决定的,而这些都是因为时代的需要。

对于Windows系统而言,64位的系统上往往有32位的库和其他必要的信息,基本上能兼容32位的程序。以上是个人的一些经验和总结,希望可以帮助到大家,如果有不同意见和建议,欢迎评论区留言讨论。

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