? ? ?在通用PC領域,不論是windows還是linux界,我們都會經常聽到"32位"與"64位"的說法,類似的還有"x86"與"x86_64","i386"與"amd64",這兩組概念之間有著怎樣的聯系和區別的?
實際上這兩組概念涉及了三個層次:硬件,系統和軟件。
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1 硬件
? ? ?早期的intel處理器,如i386,486,586,奔騰系列的CPU架構,都是32位的(32位的寄存器,32位的虛擬地址空間),統稱為x86架構。隨著技術的發展,32位CPU已經無法滿足需求,intel與AMD采用不同的方法開發64位架構的CPU,intel使用與x86完全不同的IA64架構,由于與原來的X86完全不兼容,因此在PC領域沒有得到應用,只在服務器領域有一些使用。而AMD開發的架構稱為amd64(將寄存器擴充為64位,支持64位虛擬地址),能夠完全兼容x86指令集,不用任何修改就能運行老的操作系統和應用軟件,在PC界得到廣泛的應用,現在市場上幾乎所有的PC用途的CPU都是支持amd64指令集的了。當然intel也很快開發出來支持該指令集的CPU,不過intel將其稱為x64架構,而不是用amd64這個名字。而在linux中則稱為x86_64,即x86架構的64位擴展。有關x86_64的詳細描述可翻閱《深入理解計算機系統》一書。
? ? ?在linux中查看CPU是否64位的方法:如果/proc/cpuinfo內的flags字段中含有"lm",則表示使用的是64位CPU。(運行“grep 'lm' /proc/cpuinfo”命令,輸出不為空)。
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2 系統
? ? ?系統同樣可分為32位與64位。在x86_64架構的CPU出現之前,PC的操作系統都是用32位,例如windows 2000,xp,當時的unix,linux等。在x86_64架構出現后,系統也就有了兩個版本:32位和64位,兩者的主要區別在于與硬件體系結構相關的操作中。由于x86_64架構完全兼容x86架構,因此,32位的系統完全可以在x86_64位上運行,只不過它只使用了x86部分,沒有完全發揮硬件的功能而已。而64位系統專門針對64位的擴展功能而開發的,就是為了最大限度地發揮硬件的能力,它無法在x86架構的cpu上運行.另外,不論是windows還是linux,驅動程序都需要加載到內核空間中,因此它的類型(32位或64位)需要跟系統完全相同的。系統與CPU的關系如下圖所示:?
? ? ?查看linux系統是32位還是64位的方法:執行shell命令“arch”,顯示為x86_64表示當前系統為64位,顯示為i386,i486等表示系統是32位的。
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3 軟件
? ? ?在系統上運行的應用軟件同樣有32位和64位之分,老的應用軟件運行在32位CPU及32位系統中,屬于32位軟件。出現了64位系統之后,也出現了專門運行在64位系統,能夠最大限度使用64位系統的擴展功能的原生64位程序。對于C程員來說,64位程序與32位程序最大的區別就是int,long以及指針數據類型的長度都是64位的,可以使用64位的虛擬地址空間。實際遠不止這些,編繹器在將64位C程序翻譯成匯編語言或者機器語言時,會盡量使用64位處理器的寄存器,盡量避免訪問內存,例如把函數的參數,及局部變量優先放在寄存器,而不是在用戶棧中。另外在64位系統中,為了兼容數量眾多的老的應用程序,系統都會增加一個虛擬層,用來翻譯x86指令,這樣32位程序也可以在64位系統中運行(windows和linux都支持)。同樣在64位系統中,使用64位編繹器一般也可以選擇編譯成32位程序(gcc使用-m32編譯成32位可執行文件)。軟件與系統的關系如下圖所示:
? ? ?在linux中查看可執行文件是32位還是64位的方法:執行shell命令“file /usr/bin/xxx", 如果是32位程序,顯示為"ELF 32 bit ......";如果是64位,則顯示為:"ELF 64 bit......"
另外,PC上,軟件能否運行,只需看系統是否支持即可,可以不會用理會CPU的架構。
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4 linux發行版與內核
? ? ?在linux發行版中,一般會針對不同的架構發布不同的安裝光盤,以debian為例,可用于PC的就有i386和amd64這兩個版本。根據上面的描述,這兩個版本的系統都可以安裝在使用64位的CPU的機器上,而使用32位CPU的機器上則只能安裝i386版本的系統。在debian amd64光盤中帶的內核及軟件包全都是64位版本的,而debian i386光盤中則有32位和64位的系統,以及32位的軟件,可能是考慮到有些用戶想用64位內核來運行32位程序吧。
? ? ?內核源代碼是沒有32位,64位之分的,在編譯內核時可以用ARCH參數手工指定編譯成哪一個架構。例如:"make ARCH=i386 menuconfig","make ARCH=i386"用于配置,編譯32位內核;而"make ARCH=x86_64 menuconfig","make ARCH=x86_64"則用于配置,編譯64位內核。但是,在debian amd64光盤安裝的系統里編譯的32位內核是無法引導的,因為系統安裝的所有軟件包都是原生64位程序,無法在32位內核上運行,典型的錯誤是提示引導時找不到能運行的init程序;使用debian i386光盤安裝的系統中編譯的64位內核卻可以用,只是需要在配置內核時加上IA32 Emulation支持(menuconfig的:"Executable file formats/Emulations"-->"IA32 Emulation")。
? ? ?基于這樣的原因,我原來用搭建的debian amd64光盤安裝的系統(http://www.cnblogs.com/xiongyuanxiong/p/3523306.html),現在也改成用debian i386光盤來安裝了,這樣就能同時編譯新的32位和64位官方內核進行對比測試。
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