windows 64bit平台移植总结

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