为啥 32 位内核可以运行 64 位二进制文​​件？

Posted 2023-02-14

【中文标题】为啥 32 位内核可以运行 64 位二进制文​​件？

【英文标题】：How come a 32 bit kernel can run a 64 bit binary?为什么 32 位内核可以运行 64 位二进制文​​件？

【发布时间】：2010-09-08 04:11:11

【问题描述】：

在我的 OS X 机器上，内核是 32 位二进制文​​件，但它可以运行 64 位二进制文​​件。 这是如何工作的？

cristi:~ diciu$ 文件 ./a.out ./a.out：Mach-O 64 位可执行 x86_64 cristi:~ diciu$ 文件 /mach_kernel /mach_kernel：具有 2 个架构的 Mach-O 通用二进制文件 /mach_kernel（用于架构 i386）：Mach-O 可执行 i386 /mach_kernel（用于架构 ppc）：Mach-O 可执行 ppc 克里斯蒂：~ diciu$ ./a.out 克里斯蒂：~ diciu$ echo $? 1

【问题讨论】：

How does OSX run 64bit Binaries while running on a 32bit Kernel?

【参考方案1】：

一个 ELF32 文件可以包含 64 位指令并以 64 位模式运行。它唯一拥有的是标题和符号的组织是 32 位格式。符号表偏移量为 32 位。符号表条目是 32 位宽等。同时包含 64 位代码和 32 位代码的文件可以将自己暴露为 32 位 ELF 文件，其中它使用 64 位寄存器进行内部计算。 mach_kernel 就是这样一种可执行文件。它获得的好处是 32 位驱动程序 ELF 可以链接到它。如果它负责将位于 4GB 以下的指针传递给其他链接的 ELF 二进制文件，它将正常工作。

【参考方案2】：

请注意，并非所有 32 位内核都能够运行 64 位进程。 Windows 肯定没有这个属性，我从来没有在 Linux 上看到过。

【讨论】：

主题行没有，但osx标签有。

知道了——我错过了。希望这个比较对其他在这个问题上的绊脚石有用。我会稍微修改一下文本。

Linus 永远不会允许这个功能进入 Linux，他甚至对 PAE 大发雷霆。

【参考方案3】：

能够加载和运行 64 位二进制文​​件的 32 位内核必须有一些 64 位代码来处理内存映射、程序加载和一些其他 64 位问题。

但是，调度程序和许多其他操作系统操作不需要在 64 位模式下工作以处理其他问题 - 它会根据需要将处理器切换到 32 位模式并切换回来以处理驱动程序、任务、内存分配和映射、中断等

事实上，操作系统所做的大多数事情在 64 位运行时不一定会更快地运行 - 操作系统不是重型数据处理器，而那些部分（流、磁盘 I/O 等）很可能会转换为 64 位（无论如何都是操作系统的插件）。

但如果是 64 位，裸内核本身可能不会更快地进行任务切换等。

当大多数人仍在运行 32 位应用程序时尤其如此，因此并不总是需要模式切换，即使这是一个低开销的操作，但确实需要一些时间。

-亚当

【参考方案4】：

CPU 可以在陷入内核上下文时从 64 位执行模式切换到 32 位，并且仍然可以构建 32 位内核来理解从 64 位用户空间应用程序传入的结构。

MacOS X 内核无论如何都不会直接从用户应用程序中取消引用指针，因为它驻留在自己的独立地址空间中。例如，ioctl 调用中的用户空间指针必须首先解析为其物理地址，然后在内核地址空间中创建一个新的虚拟地址。 ioctl 中的指针是 64 位还是 32 位并不重要，无论哪种情况，内核都不会直接取消引用它。

因此混合 32 位内核和 64 位二进制文​​件可以工作，反之亦然。您不能做的是将 32 位库与 64 位应用程序混合使用，因为它们之间传递的指针将被截断。 MacOS X 在每个版本中都提供了更多的 32 位和 64 位版本的框架。

【讨论】：

这是否意味着 32 位内核必须知道 64 位指针，因为它必须转换它？

【参考方案5】：

内核为 64 位只会带来内核扩展（即通常是驱动程序）可以是 64 位的有效优势。事实上，您需要拥有所有 64 位内核扩展，或者（就像现在一样）所有 32 位内核扩展；它们需要在运行内核的体系结构中是原生的。

【讨论】：

只要有便宜的硬件需要便宜的第三方驱动程序，不要指望很快就会出现 64 位内核 :-)

64位Windows需要64位驱动，内核运行在64位模式。您不能在 64 位 Windows 上运行 32 位驱动程序。上面的示例是 OS X，它没有单独的 32 位和 64 位版本（只是能够在带有 32 位内核的 x64 上运行 64 位应用程序）。

NT 和 OSX 都运行在微内核上，可以在消息传递时进行 3264 位模式切换。但它会减慢速度。

【参考方案6】：

运行二进制文件的不是内核。这是处理器。

二进制文件确实调用了库函数，并且这些函数需要是 64 位的。而如果他们需要进行系统调用，他们有责任应对自己是64位的，但内核只有32位的事实。

但这不是你必须担心的事情。