windows 64bit平台移植总结
2010年08月10日
随着64位的CPU以及操作系统的出现, 同时不少的软件厂商也纷纷宣称自己的软件支持64位操作系统, 对软件移植到64bit下的要求,显得日益迫切。
通过把目前工作中一个流程移植到64bit下,研究应用程序移植到64bit的解决方法。 该文档主要描述Windows平台下对于32it代码快速移植到64bit下可能遇到的问题, 以及对应问题的解决方法。 其中包括64bit操作系统介绍, 软件工具,编译问题的解决,移植平台SDK功能组件的处理。并总结了编写与平台无关代码的建议。
随着硬件的发展,以及日常生活中对性能的要求越来越高,64bit操作系统也开始慢慢被应用起来,下面将描述64bit操作系统主要的应用, 版本的分类,并重点介绍我们移植的目标操作平台x64版的操作系统。(该内容参考附录[2]) CPU扩展到64bit, 意味这一个机器周期可以处理64bit的二进制, 如果仅以MOV指令传送数据来衡量性能的话,传送64bit的数据,在32bit下需要2个机器周期,在64bit下则只需要一个机器周期,当然软件不仅仅是传送数据,这里仅仅说明64bit在性能上还是有一定的提升。64bit将可以应用在下面一些方面:
l 需要大量的可寻址内存,即系统总体内存需求超过4GB的应用。
l 同时管理大量用户或者应用线程。
l 需要通过实时加密解密提高安全性的应用。
l 需要数学精度和浮点性能的应用。
l 需要大规模的,强大的数据库性能的应用。
l 需要64bit计算的大内存寻址功能的应用。
l 需要提高数字内容创建功能。
l 需要通过最大限度的性能实现逼真的影院级消费者体验。
l 需要将以前只限于64bit工作站的功能移植到企业,消费者和计算机爱好者的台式机中,包括3D建模,渲染,动画,模拟和软件开发。 微软在2003年就发布了64bit的操作系统,根据不同的微处理器架构,分为两个不同版本:IA-64版, x64版。
针对英特尔(Intel)的IA-64架构的安腾2(Itanium2)纯64位微处理器的Windows XP 64-Bit Edition Version 2003 for Itanium-based Systems。它是拥有64位寻址能力的强大的操作系统,主要面向顶级的高端IA-64架构的工作站,用在高端的科学运算,石油探测工艺,立体绘图,复杂的动画制作等等,是一种用在高效能运算(High Performance Computing)的强大的操作系统。支持双处理器;最低支持1GB的内存,最高支持16GB的内存。
针对超微(AMD)的x64架构的皓龙(Opteron)与速龙64(Athlon64)所属的64位扩展微处理器的Windows XP 64-Bit Edition for 64-Bit Extended Systems。由于英特尔也发布了x64架构的Intel EM64T技术的至强(Xeon)与奔腾4(Pentium 4)的64位扩展微处理器,故微软将该版本的的Windows XP 64-Bit Edition改为Windows XP Professional x64 Edition,它支持AMD与Intel的x64架构。可以使用在一般x64架构的工作站,桌面电脑以及笔记本电脑,用途与32位Windows XP Professional一样,但具有64位寻址能力。支持双处理器;最低支持256MB的内存,最高支持16GB的内存。
微软后面的操作系统版本均有相应的64bit的版本。 X64版本的使用比较广泛,它下面一些特征:
l 同时轻松支持32位Win32程序及64位程序;
l 在64位运行的程序代码和32位运行的程序应该是同一份代码;
l 使现有程序具有企业级应用性能;(Enable existing applications to scale to enterprise capacities)
l 支持新的设计使之可以利用巨大地址空间及内存空间;
l 支持32位既有程序。
x64 位平台使用的API仍然是熟悉的 Win32 API,但它出现了一些新的兼容 64 位的数据类型,所以可能需要对代码进行少量的更改。这就意味着开发者可以从单个代码库构建代码的 32 位和 64 位版本,减少了由于维护两个代码库所带来的维护开销。但是,在x64中出现了新的子系统称为 WOW64。
WOW64 是 Windows-32-on-Windows-64 的缩写。它为现有的 32 位应用程序提供了 32 位的模拟环境,可以使大多数 32 位应用程序在无需修改而直接运行在 Windows 64 位版本上。它类似于旧的 WOW32 子系统,负责在 Windows 32 位版本下运行 16 位的代码。其结构如图2-1.
图2-1 WOW64子系统
尽管x64 CPU本身具有 32 位兼容性模式,可以处理 IA-32 指令的实际执行,但WOW 层仍然必不可少。WOW子系统负责诸如在32位和64位模式之间进程切换以及模拟32位系统的服务。
WOW子系统特点有以下一些:
l 当不关注性能和可伸缩性的问题时,WOW64使开发者可以利用大多数现有的32位代码。这样的好处是对于某些模块不能很快的迁移到64it时, 可以暂时保留,把另外一些使用该模块的程序迁移到64位,采用远程过程调用(RPC)的协议在他们之前对32位模块功能的使用。
l 当性能无法满足要求时,仍然需要将应用程序迁移到64bit。WOW需要将32位的参数扩展到64位,调用完成时要把参数转换为32位, 增加了额外的开销,甚至牵涉到系统调用,当对性能要求高时,只有将程序迁移到64位。
有关 WOW64 的详细信息,请参阅 Microsoft_ Platform SDK 中的"64-bit Windows Programming - Running 32-bit Applications"。
前面已经描述了我们的目标平台,这章将对迁移过程中从需要准备的软件环境,x64平台配置,编译error、wanring, 内嵌汇编移植的处理,平台SDK相关组件的移植等方面进行说明。 Microsoft Visual Studio 2008. 由于需要编译出x64的代码,在windows平台下,选择该编译器。 安装时注意选择x64编译器与工具,见图3-1,注意选择红色框部分。
图3-1 x64编译器工具安装
VMware Workstation。
虚拟机,主要用于装64bit操作系统,用于测试。安装64bit操作系统可参考附录[3]。最好能够在64bit操作系统中安装VS2008, 方便调试,发现问题。
Depends_64bit。
depends的64bit版本,用于查看64bit的dll接口,以及库依赖关系。
首先进行环境目录设置, 由于64bit的dll与32bit的dll是两套完全独立的产品,所以不能混在一起。 如图3-2, 在选项菜单里面,选择对应的平台,进行 include, 库目录等路径的设置。
图3-2 环境路径设置
这个设置好后,就可以开始移植过程了。以任意工程来说明编译的配置, 打开工程的属性页如图3-3
图3-3 工程属性设置
正如图显示,新建一个x64的平台,这样编译时,才能够生成这个平台的目标代码。重新生成解决方案,如果顺利将直接通过,由于我们代码都是基于VC6的,就可能会碰到编译通不过的问题。下面将会描述一些常见error,warining的解决方法。其中VC6代码迁移到VS2008下,所做的修改请参考附录[5].
在编译过程中,可能会出现下面一些error, 这里分别描述解决方法。
l error C2065:undeclared identifier.
解决方法:
这个错误经常发生在下面这样代码中,VC6中在for循环中声明的变量作用域是整个函数段,而在VS2008中,它的作用域仅仅在for循环中。当后面再次使用这个变量时,就会发生错误。直接将变量i的声明放在for之外。
l error C4430: missing type specifier - int assumed. Note: C++ does not support default-int.
解决方法:
这个错误主要发生在函数的参数,返回值格式不严谨,见下面的代码。VS2008编译不支持默认的参数类型。把函数的参数,返回值补上不要的类型说明就可解决这个错误。
l Error C2143: syntax error : missing 'token1' before 'token2'.
解决方法:
这个错误主要发生在模版类的编译过程,由于类型模版,在VC6中不严格要求加上typename标识,VS2008加强了语法检查,这里只需要加上这个关键字就可以。
l OnTimer函数问题。
在VS2008中编译界面程序时,如果重载了OnTimer函数,也会报错,在VS2008下,这个函数的原型被修改为了如下格式:
所以只需要重写这个函数的参数类型就可以解决。
l warning C4800:'type' : forcing value to bool 'true' or 'false' (performance warning)。 解决方法:
如下代码:
其中涉及到 BOOL 类型到 bool的转换,可能会影响性能。修改如下:
l warning C4244:'conversion' conversion from 'type1' to 'type2', possible loss of data
解决方法:
常出现的情况如下:
size_t类型在64位系统下,是64bit的,在32it下是32bit的,所以只需用INT_PTR代替int就可解决。
在有些情况下,需要考虑这种数据丢失是否存在,如果存在就需要进行深入的修正,如果能够确定表示的数据达不到截断的情况,就可以不用关心这个警告。
类似的,带有ULONG_PTR,LONG_PTR,UINT_PTR等。
l 更多的error,warning解决方法,可以通过msdn查阅其相关解决方案。 VS2008并不支持内嵌汇编,所以有 汇编代码的需要单独提出来,封装为函数,同时要考虑64bit平台下,寄存器资源,函数调用约定等细节。 有两种方法来移植。
l 直接按照64bit来设计重构汇编代码。
l 采用其它方式来替代汇编代码功能。
由于并没有对汇编代码移植的过多研究,在移植过程中,都有替代方案,如需要了解更多信息可参考附录[1](64bit汇编移植小结)。
在应用中,有的时候会用到平台SDK的东西,移植到64bit时不是很方便。如在移植播放器工程中,就遇到一个问题, 它使用了directshow的时钟组件。
最开始是想用其它时钟接口来替代它,但搜索查阅,发现都没有现成的,重新构造一个时钟的组件还不如直接用directshow提供的,因为它有源码,所以只要部分修改就可以达到想要的功能。针对这个问题,直接把directshow,关于这个组件的源码进行修改,去掉COM的相关继承,如去掉继承自IUnkonwn接口,以及其它一些不必要东西。
当然,也可以有其它解决方案,我这里仅仅提供一种参考方式。
除了上面一些常见的问题外,还有其它一些不容易发现的问题,如在程序算法中,指针的操作啊,当在32bit下时不会出问题, 拿到64bit下就可能出现奇怪的问题,这个主要是由于算法中对指针的操作有些局限性造成。可能情况有以下一些:
l 数据截断。
尽量避免不同类型变量间的运算,避免长度较长的变量赋值给较短的变量中,统一变量长度可以解决这个问题。
l 指针存储
在x86平台下,习惯用int来存储指针,并将指针直接参与到int型的运算中,而64位平台指针大小为64bit, 无法存储到int中,对指针的运算也可能会因为数据长度不一致导致异常,需要修改传递指针的变量为INTPTR_T类型定义,以保证平台兼容性。
l 代码中的直接数
直接使用16进制数字进行赋值时,往往会隐含该变量为32bit的前提,这样在64bit平台时,可能出现异常。
前面已经描述了在移植到64bit中可能遇到的问题,以及解决方法。 虽然不是包括了全部,但也是比较常见的问题。这里仅仅说明我的一种解决方法,当然也可能有其它的解决方法。
平台移植本来是一个功能重用的过程,这就给我们一个启示,设计编写代码时,尽量写一些容易阅读,与平台无关,语法严谨的代码。
下面是对编码的一些建议:
l 在32位与64位下使用同样的头文件。
l 根据需要适当的使用"L"或者 "U" 来声明整型常量。
l 如果有些变量在两个平台上都需要是32位的,将其声明为int.
l 使用固定宽度或宏定义的整数类型,数字,掩码。
l 对整形变量做边界检查。
[1] 64位汇编移植小结 [2] 64bit操作系统介绍 http://hi.baidu.com/xingworld/blog/item/d7db07233c 464944925807c8.html [3]在虚拟机中装64bit操作系统 [4] The 64 bit OS Architecture http://www.codeproject.com/KB/system/64BitOSAndPor tingIssues.aspx [5] VC6 迁移到VS2008
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