良许Linux教程网 Linux教程 Linux 中的 32位 与 64位的区别

Linux 中的 32位 与 64位的区别

在通用PC领域,不论是windows还是linux界,我们都会经常听到”32位”与”64位”的说法,类似的还有”x86″与”x86_64″,”i386″与”amd64″,这两组概念之间有着怎样的联系和区别呢?

实际上这两组概念涉及了三个层次:硬件,系统和软件。
Linux系统

1、硬件

早期的intel处理器,如i386,486,586,奔腾系列的CPU架构,都是32位的(32位的寄存器,32位的虚拟地址空间),统称为x86架构。

随着技术的发展,32位CPU已经无法满足需求,intel与AMD采用不同的方法开发64位架构的CPU,intel使用与x86完全不同的IA64架构,由于与原来的X86完全不兼容,因此在PC领域没有得到应用,只在服务器领域有一些使用。

而AMD开发的架构称为amd64(将寄存器扩充为64位,支持64位虚拟地址),能够完全兼容x86指令集,不用任何修改就能运行老的操作系统和应用软件,在PC界得到广泛的应用,现在市场上几乎所有的PC用途的CPU都是支持amd64指令集的了。

当然intel也很快开发出支持该指令集的CPU,不过intel将其称为x64架构,而不是用amd64这个名字。而在linux中则称为x86_64,即x86架构的64位扩展。

有关x86_64的详细描述可翻阅《深入理解计算机系统》一书。

在linux中查看CPU是否64位的方法:如果/proc/cpuinfo内的flags字段中含有”lm”,则表示使用的是64位CPU(运行“grep ‘lm’ /proc/cpuinfo”命令,输出不为空)。

2、系统

系统同样可分为32位与64位。在x86_64架构的CPU出现之前,PC的操作系统都是用32位,例如windows 2000,xp,当时的unix,linux等。

在x86_64架构出现后,系统也就有了两个版本:32位和64位,两者的主要区别在于与硬件体系结构相关的操作中。

由于x86_64架构完全兼容x86架构,因此,32位的系统完全可以在x86_64位上运行,只不过它只使用了x86部分,没有完全发挥硬件的功能而已。

而64位系统专门针对64位的扩展功能而开发的,就是为了最大限度地发挥硬件的能力,它无法在x86架构的cpu上运行。

另外,不论是windows还是linux,驱动程序都需要加载到内核空间中,因此它的类型(32位或64位)需要跟系统完全相同。

系统与CPU的关系如下图所示:

查看linux系统是32位还是64位的方法:执行shell命令“arch”,显示为x86_64表示当前系统为64位,显示为i386,i486等表示系统是32位的。

3、软件

在系统上运行的应用软件同样有32位和64位之分,老的应用软件运行在32位CPU及32位系统中,属于32位软件。

出现了64位系统之后,也出现了专门运行在64位系统,能够最大限度使用64位系统的扩展功能的原生64位程序。

对于C程序来说,64位程序相比32位程序最大的区别就是int,long以及指针数据类型的长度都是64位的,可以使用64位的虚拟地址空间。

实际远不止这些,编绎器在将64位C程序翻译成汇编语言或者机器语言时,会尽量使用64位处理器的寄存器,尽量避免访问内存,例如把函数的参数,及局部变量优先放在寄存器,而不是在用户栈中。

另外在64位系统中,为了兼容数量众多的老的应用程序,系统都会增加一个虚拟层,用来翻译x86指令,这样32位程序也可以在64位系统中运行(windows和linux都支持)。

同样在64位系统中,使用64位编绎器一般也可以选择编译成32位程序(gcc使用-m32编译成32位可执行文件)。

另外在PC上,软件能否运行,只需看系统是否支持即可,可以不用理会CPU的架构。软件与系统的关系如下图所示:

linux中查看可执行文件是32位还是64位的方法:执行shell命令“file /usr/bin/xxx”, 如果是32位程序,显示为”ELF 32-bit …”;如果是64位,则显示为:”ELF 64-bit…”。

4、linux发行版与内核

在linux发行版中,一般会针对不同的架构发布不同的安装光盘,以debian为例,可用于PC的就有i386和amd64这两个版本。

根据上面的描述,这两个版本的系统都可以安装在使用64位的CPU的机器上,而使用32位CPU的机器上则只能安装i386版本的系统。

在debian amd64光盘中带的内核及软件包全都是64位版本的,而debian i386光盘中则有32位和64位的内核,以及32位的软件,可能是考虑到有些用户想用64位内核来运行32位程序吧。

内核源代码是没有32位,64位之分的,在编译内核时可以用ARCH参数手工指定编译成哪一个架构。例如:”make ARCH=i386 menuconfig”,”make ARCH=i386″用于配置,编译32位内核;

而”make ARCH=x86_64 menuconfig”,”make ARCH=x86_64″则用于配置,编译64位内核。

但是,在debian amd64光盘安装的系统里编译的32位内核是无法引导的,因为系统安装的所有软件包都是原生64位程序,无法在32位内核上运行,典型的错误是提示引导时找不到能运行的init程序;

而使用debian i386光盘安装的系统中编译的64位内核却可以使用,只是需要在配置内核时加上IA32 Emulation支持(menuconfig的:”Executable file formats/Emulations”–>”IA32 Emulation”)。

基于这样的原因,我原来用搭建的debian amd64光盘安装的系统,现在也改成用debian i386光盘来安装了,这样就能同时编译新的32位和64位官方内核进行对比测试。

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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