为什么 32 位内核可以运行 64 位二进制文​​件？

Question

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。这是如何运作的？

cristi:~ diciu$ file ./a.out
./a.out: Mach-O 64-bit executable x86_64
cristi:~ diciu$ file /mach_kernel
/mach_kernel: Mach-O universal binary with 2 architectures
/mach_kernel (for architecture i386):   Mach-O executable i386
/mach_kernel (for architecture ppc):    Mach-O executable ppc
cristi:~ diciu$ ./a.out
cristi:~ diciu$ echo $?
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Answer 1

当 CPU 陷入内核上下文时，它可以从 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。

无论如何，MacOS X 内核不会直接从用户应用程序取消引用指针，因为它驻留在自己单独的地址空间中。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新的虚拟地址。ioctl 中的指针是 64 位还是 32 位并不重要，在任何一种情况下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 32 位和 64 位版本的框架。

Answer 2

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库函数，并且这些函数需要是 64 位的。如果他们需要进行系统调用，他们就有责任应对这样的事实：他们本身是 64 位，但内核只有 32 位。

但这不是您需要担心的事情。

Answer 3

请注意，不 全部 32 位内核能够运行 64 位进程。Windows 当然没有这个属性，而且我从来没有在 Linux 上见过它。

Answer 4

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、程序加载和其他一些 64 位问题。

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

事实上，操作系统所做的大部分事情在 64 位上运行时不一定会执行得更快 - 操作系统不是一个重型数据处理器，并且那些部分（流、磁盘 I/O 等）可能会被转换到 64 位（无论如何都是操作系统的插件）。

但如果是 64 位的话，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，尽管这是一个低开销操作，但确实需要一些时间。

-亚当

Answer 5

ELF32 文件可以包含 64 位指令并在 64 位模式下运行。它唯一的特点是标头和符号的组织是 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身公开为 32 位 ELF 文件，其中它使用 64 位寄存器进行内部计算。mach_kernel 就是这样的一个可执行文件。它的优点是 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。

Answer 6

对于 64 位内核来说，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（就像现在的情况）所有 32 位内核扩展；它们需要原生于正在运行的内核的体系结构。