Урок 2. Поддержка 32-битных приложений в 64-битной среде Windows

• Накладные расходы
• Преимущество 64-битной среды для 32-битных программ
• Перенаправления
• Почему невозможно использовать в 64-битной программе 32-битные DLL? Можно ли это обойти?
• Постепенный отказ от поддержки 32-битных программ
• Дополнительная информация

Прежде чем приступить к тематике разработки кода 64-битных программ, остановимся на вопросе обратной совместимости 64-битных версий Windows с 32-битными приложениями. Обратная совместимость осуществляется за счет механизмов, реализованных в WoW64.

WoW64 (Windows-on-Windows 64-bit) - подсистема операционной системы Windows, позволяющая запускать 32-битные приложения на всех 64-битных версиях Windows.

Подсистема WoW64 не поддерживает следующие программы:

• программы, скомпилированные для 16-разрядных операционных систем;
• программы режима ядра, скомпилированные для 32-разрядных операционных систем.

Накладные расходы

Существуют различия WoW64 в зависимости от архитектуры процессора. Например, 64-битная версия Windows разработанная для процессора Intel Itanium 2 использует WoW64 для эмуляции x86 инструкций. Такая эмуляция весьма ресурсоемка по сравнению с WoW64 для архитектуры Intel 64, так как происходит переключение с 64-битного режима в режим совместимости при выполнении 32-битных программ.

WoW64 на архитектуре Intel 64 (AMD64 / x64) не требует эмуляции инструкций. Здесь подсистема WoW64 эмулирует только 32-битное окружение за счет дополнительной прослойки между 32-битным приложением и 64-битным Windows API. Где-то эта прослойка тонкая, где-то не очень. Для средней программы потери в производительности из-за наличия такой прослойки составят около 2%. Для некоторых программ это значение может быть больше. Два процента - это немного, но следует учитывать, что 32-битные приложения работают немного медленнее под управлением 64-битной операционной системы Windows, чем в 32-битной среде.

Компиляция 64-битного кода не только исключает необходимость в WoW64, но и дает дополнительный прирост производительности. Это связано с архитектурными изменениями в микропроцессоре, такими, как увеличение количества регистров общего назначения. Для средней программы можно ожидать в пределах 5-15% прироста производительности от простой перекомпиляции.

Преимущество 64-битной среды для 32-битных программ

Из-за наличия прослойки WoW64 32-битные программы работают менее эффективно в 64-битной среде, чем в 32-битной. Но все-таки простые 32-битные приложения могут получить одно преимущество от их запуска в 64-битной среде. Вы, наверное, знаете, что программа, собранная с ключом /LARGEADDRESSAWARE:YES, может выделять до 3-х гигабайт памяти, если 32-битная операционная система Windows запущена с ключом /3gb. Так вот, эта же 32-битная программа, запущенная на 64-битной системе, может выделить почти 4 GB памяти (на практике около 3.5 GB).

Перенаправления

Подсистема WoW64 изолирует 32-разрядные программы от 64-разрядных путем перенаправления обращений к файлам и реестру. Это предотвращает случайный доступ 32-битных программ к данным 64-битных приложений. Например, 32-битное приложение, которое запускает файл DLL из каталога %systemroot%\System32, может случайно обратиться к 64-разрядному файлу DLL, который несовместим с 32-битной программой. Во избежание этого подсистема WoW64 перенаправляет доступ из папки %systemroot%\System32 в папку %systemroot%\SysWOW64. Это перенаправление позволяет предотвратить ошибки совместимости, поскольку при этом требуется файл DLL, созданный специально для работы с 32-разрядными приложениями.

Подробнее с механизмами перенаправления файловой системы и реестра можно познакомиться в разделе MSDN "Running 32-bit Applications".

Почему невозможно использовать в 64-битной программе 32-битные DLL? Можно ли это обойти?

Загрузить 32-битную DLL из 64-битного процесса и выполнить код из неё невозможно. Невозможно в силу дизайна 64-битных систем. В принципе, невозможно. Не помогут ни хитрости, ни недокументированные пути. Для этого нужно загрузить и проинициализировать WoW64, не говоря уже о структурах в ядре. Фактически нужно будет на лету превратить 64-битный процесс в 32-х битный. Подробнее эта тема рассмотрена в посте "Недокументированные функции; Загрузка 32-х битных DLL в 64-х битный процесс". Единственное, что можно порекомендовать, - это создание суррогатного процесса и взаимодействия с ним посредством технологии COM. Об этом рассказывается в статье "Accessing 32-bit DLLs from 64-bit code".

А вот загрузить ресурсы из 32-битной DLL в 64-битный процесс совсем несложно. Это можно сделать, если при вызове LoadLibraryEx указать флаг LOAD_LIBRARY_AS_DATAFILE.

Постепенный отказ от поддержки 32-битных программ

Вполне естественно, если компания Microsoft будет стимулировать переход на 64-битные системы, постепенно отказываясь от поддержки 32-битных программ в ряде версий операционной системы Windows. Конечно, это будет очень медленный процесс. Но все-таки первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Многие администраторы знают про относительно новый режим установки и работы серверной версии операционной системы под названием Server Core. Это тот режим, о котором участники войн "Windows vs Linux" говорили очень давно. Одним из аргументов сторонников использования Linux на сервере была возможность установить серверную ОС без графического интерфейса (GUI). Но вот и в Windows Server появилась такая возможность. Установка в этом режиме позволяет получить только командную строку без пользовательского интерфейса.

Эта возможность (установка Server Core) появилась в Windows Server 2008. Но в Windows Server 2008 R2 появилось нововведение, приближающее 64-битное будущее. При установке Windows Server 2008 R2 (Server Core) поддержка запуска 32-битных приложений стала опциональной. Причем по умолчанию эта поддержка выключена. И при попытке запуска 32-битного приложения в режиме Server Core пользователь получит сообщение о невозможности запуска. Конечно, можно добавить поддержку 32-битных программ:

start /w ocsetup ServerCore-WOW64

В обычном (Full Installation) режиме 32-битные приложения по умолчанию запускаются, а вот в Server Core уже нет.

Тенденция очевидна. Со временем все более рациональным будет создание 64-битных версий приложений, так как они смогут функционировать на большем числе версий операционных систем.

Дополнительная информация

Интересным источником информации по системе WoW64 является блог Алексея Пахунова: http://blog.not-a-kernel-guy.com/. Алексей является сотрудником компании Microsoft и принимает непосредственное участие в разработке подсистемы WoW64.

Авторы курса: Андрей Карпов (karpov@viva64.com), Евгений Рыжков (evg@viva64.com).

Правообладателем курса "Уроки разработки 64-битных приложений на языке Си/Си++" является ООО "Системы программной верификации". Компания занимается разработкой программного обеспечения в области анализа исходного кода программ. Сайт компании: http://www.viva64.com.