Урок 2. Поддержка 32-битных приложений в 64-битной среде Windows
Содержание
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.
Найдите ошибки в своем C, C++, C# и Java коде
Предлагаем попробовать проверить код вашего проекта с помощью анализатора кода PVS-Studio. Одна найденная в нём ошибка скажет вам о пользе методологии статического анализа кода больше, чем десяток статей.
Как на 64-битной Windows запустить программы в режиме совместимости
Если в новой 64-битной Windows старая 32-битная программа не запускается или работает неправильно, вы можете запустить ее в режиме совместимости. CHIP расскажет, как это сделать.
Современные компьютеры в большинстве случаев поставляются с установленной операционной системой Windows 10 64 bit. Даже бюджетные модели уже имеют 3 и более Гбайт оперативной памяти, что позволяет задействовать системе всю мощь 64-битной разрядности обработки данных.
Подробнее о преимуществах 64 bit над 32 bit Windows вы можете прочитать в нашей статье «Преимущества перехода на 64 бита».
Но, как бы не была привлекательна 64-разрядная система, зачастую пользователь просто не имеет в своем распоряжении 64-битной программы, с которой он давно работает и которая его полностью устраивает, т.к. производитель ее просто не выпустил. Как правило, такие программы устанавливаются в Windows в отдельную папку \Program Files (x86) и их запуск осуществляется в 32-разрядном режиме.
Если в процессе запуска программа выдает ошибку или вообще не запускается, а в Windows 32 bit она работала без проблем, есть шанс запустить ее в специальном режиме, который разработчики назвали «Режим совместимости».
Для этого в Windows 7 щелкните правой кнопкой мыши на ярлыке нужной программы, а затем выберите в контекстном меню «Свойства». В открывшемся окне перейдите на вкладку «Совместимость» и установите флажок «Запустить программу в режиме совместимости с …» и в выпадающем списке укажите вариант системы для запуска.
Нажмите кнопку «OK». После этого попробуйте запустить вашу программу.
Кроме того, в контекстном меню Проводника также имеет смысл попытаться автоматически решить задачу, кликнув по строке «Исправление неполадок совместимости» — в Windows 7.
В Windows 10 при настройке запуска в совместимом режиме на вкладке «Совместимость» имеется отдельная кнопка «Запустить средство устранения проблем с совместимостью». После чего вам предложат либо использовать рекомендованные параметры, либо провести диагностику программы.
Если и после этого программа не запустилась, то стоит подойти к проблеме более основательно и попробовать варианты, указанные на официальном сайте Microsoft.
Более радикальным методом запуска программы является ее установка и использование в виртуальной машине с установленной Windows 7 32 bit. Подробнее, как установить и настроить виртуальную машину вы можете почитать в нашей статье «Как создать и настроить на ПК виртуальную ОС?».
Поддержка 32-битных приложений в 64-разрядной версии Windows
Поддержка 32-битных приложений в 64-разрядной Windows
Появление 64-разрядных Windows вызвало немало вопросов. Поддержка 32-битных приложений, драйверов и всего того, что рассчитано на архитектуру x86. Установка и особенности использования программ. Вводимые ограничения для 32-разрядных приложений. Поддержка старых режимов и многое другое. Все это никак не могло остаться в стороне. Ведь, пласт 32-разрядного наследия слишком велик, и в 64-битной среде его мало чем можно заменить, даже сейчас.
В этой статье приводится обзор подсистемы Windows на Windows 64 (WOW64) и ее методов, которые позволяют Windows поддерживать 32-битные приложения на 64-битной системе.
Примечание: Первая попытка внедрить 64-разрядные системы была достаточно провальной. Жесткие ограничения и отсутствие реальных преимуществ давало о себе знать. На тот момент, даже драйвера под 64-разрядные системы было достаточно сложно найти. Не говоря уже о программах, на которых хоть как-либо была бы заметна разница. Снятие ограничения на 3Гб оперативной памяти, безусловно, сегодня сильное преимущество, но на тот момент это больше напоминало красивый слоган.
Устройство поддержки 32-битных приложений в 64-разрядной Windows
Windows 32 на Windows 64 (WOW64)
WOW64 эмулирует 32-битную Windows
В Windows 64, 32-битные приложения выполняются в эмулированной 32-разрядной операционной системе, которая называется Windows 32 на Windows 64, или WOW64 для краткости. Основной задачей WOW64 является перехват и обработка всех системных вызовов от 32-разрядных приложений.
Для каждого перехваченного системного вызова, WOW64 создает 64-разрядный системный вызов, превращая 32-битные структуры данных в подходящие 64-битные. В последствии, 64-битный системный вызов передается ядру операционной системы для обработки. Все полученные выходные данные 64-битного вызова будут преобразованы и переданы в том формате, на которое приложение рассчитывало. Другими словами, реальные запросы к ядру системы всегда 64-битные. Подсистема WOW64 лишь выступает в качестве посредника, приобразуя данные в подходящие форматы.
Как и 32-битные приложения, WOW64 выполняется от имени пользователя, так что ошибки, которые могут происходить во время преобразования системных вызовов, будут происходить на уровне пользователя. И никак не затронут 64-битное ядро операционной системы.
Тот факт, что WOW64, как и 32-битное приложение, выполняется в режиме пользователя, объясняет причину отсутствия поддержки 32-битных драйверов. Если говорить другими словами, то, для корректного запуска, драйверам требуется режим ядра, который не может обеспечить WOW64. Поэтому, если у вас 64-разрядная Windows, то все драйвера должны быть 64-битными.
Эмулятор WOW64 состоит из следующих 64-разрядных библиотек:
Примечание: Это единственные 64-разрядные библиотеки, которые загружаются в 32-разрядный процесс.
- Wow64.dll — ядро инфраструктуры системы эмуляции. Линкует вызовы в точки входа Ntoskrnl.exe
- Wow64Win.dll — линкует вызовы в точки входа Win32k.sys
- Wow64Cpu.dll — переключает процессор между 32-битным и 64-битным режимом
- Ntdll.dll — 64-битная версия Wow64.
Wow64.dll загружает 32-битную версию (x86) Ntdll.dll и все необходимые 32-битные библиотеки, которые в основном остались без изменений. Однако, некоторые их этих 32-разрядных библиотек все же были изменены, чтобы корректно исполняться в WOW64. Как правило, такие изменения были сделаны из-за того, что они используют оперативную память вместе 64-разрядными компонентами системы
Управление файлами и настройками реестра в WOW64
В дополнение к функциям перехвата и обработки системных вызовов, интерфейс WOW64 так же должен гарантировать, что файлы и параметры реестра 32-битных приложений будут храниться отдельно от файлов и ключей реестра 64-разрядных программ. Для достижения этой цели WOW64 использует два механизма. Перенаправление файлов и реестра, а так же дублирования ключей реестра. Перенаправление поддерживает логическое представление данных и отображает их так, как если бы приложение запускалось в 32-разрядной Windows. Дублирование ключей реестра гарантирует, что изменение ряда параметров, которые не зависят от разрядности, будут доступны как 32-битным, так и 64-битным приложениям.
Перенаправление файлов
Перенаправление файлов позволяет гарантировать, что файлы и каталоги 32- и 64-битных приложений будут храниться отдельно и не мешать друг другу.
Файлы 32-разрядных приложений, по умолчанию, устанавливаются в:
32-разрядные системные файлы устанавливаются в:
Для 64-разрядных приложений, файлы устанавливаются в:
Механизм перенаправления WOW64 гарантирует, что запросы от 32-разрядных приложений к каталогам «C:\Program Files» и «C:\WINDOWS\SYSTEM32» будут перенаправлены на соответствующие каталоги для 32-битных версий.
Однако, существует одна проблема с перенаправлением файлов. Пользователи и разработчики должны быть в курсе этой особенности.
Многие 64-разрядные приложения все еще используют 32-битный режим и процедуры. И не учитывают это при создании инсталлятора. Для того, чтобы приложение было установлено правильно. т.е. в «C:\Program Files», программа установки должна сделать системный вызов к операционной системе, чтоб система приостановила механизм перенаправления файлов Wow64. А после установки сделать другой системный вызов, чтобы снова включить перенаправление. Если производить установку без остановки перенаправления, то программа будет установлена в «C:\Program Files (x86)». Классическим примером данной ошибки является 64-разрядная версия FireFox 3.5 под кодовым названием «Shiretoko», которая устанавливается в «C:\Program Files(x86)\Shiretoko». Конечно, Firefox по-прежнему будет нормально функционировать. Единственное, что вы не сможете сделать, так это изменить иконку приложения.
Примечание: Возможно, сейчас эту ошибку в Shiretoko уже исправили. Тем не менее, в ранних версиях было именно так.
Перенаправление реестра
Ключи реестра, специфические для 32-разрядных приложений, будут перенаправлены из ветки:
Так же, иногда, можно встретить записи реестра в другой ветке (хотя это необычно):
Такой подход позволяет 32- и 64-битным приложениям нормально сосуществовать, без проблем с перезаписью настроек друг друга.
Дублирование реестра
Некоторые перенаправленные ключи и значения реестра необходимо дублировать. Это означает, что если 32-разрядное приложение вносит изменения в перенаправленном разделе реестра, то эти изменения необходимо так же применять и для веток 64-разрядных приложений. В данном случае действует принцип «кто последний, тот и прав». Например, если вы установите три приложения, привязывающие себя к одному и тому же расширению файла, то ассоциация с расширением файла должны быть с последним приложением.
- Установите 32-битное приложение, которое ассоциирует себя с расширением XYZ
- Установите 64-разрядную версию приложения, которая связывает себя с расширением файла XYZ
- Установите другое 32-битное приложение, которое ассоциирует расширение XYZ с собой
В результате этих действий, по двойному щелчку на файле с расширение XYZ в проводнике Windows должно открыться приложение, которое было установлено на 3-ем шаге. Ведь, именно оно последним ассоциировало себя с расширением.
Все это происходит прозрачно для 32-битных приложений в Wow64, которая самостоятельно перехватывает обращения и дублирует необходимые параметры и ключи реестра. Другими словами, 32-разрядные приложения могут выполнятся стандартным образом, необходимые изменения за них внесет Wow64.
Существует ряд ограничений подсистемы WOW64
Некоторые, но не все, 64-битные функции доступны 32-разрядным приложениям
Wow64 позволяет 32-разрядным приложениям использовать некоторые функции и возможности 64-битных систем. Например, при правильной настройке, такие приложения смогут использовать до 4Гб оперативной памяти. Доступ к другим функциям ограничен из-за особенности устройства 64-битных систем. Например, 64-битная ОС Windows поддерживает 64-битные логические операции. Тем не менее, 32-битные приложения не будут иметь доступ к ним, они смогут использовать только 32-битные логические операции.
Примечание: Основной причиной ограничений служит разница в представлении данных 32- и 64-битных приложений. 32-разрядное приложение попросту не рассчитано на 64-разрядные типы данных.
Нельзя смешивать между собой код (Code Injection) 32-битных и 64-битных приложений
В 64-битной ОС Windows нельзя запускать 32-битный код в 64-разрядном процессе, как и нельзя запускать 64-битный код в 32-разрядном процессе. Приложения, использующие инъекции кода (Code Injection) для добавления функциональности в существующие приложения, как правило, будут выдавать ошибки.
Этот факт объясняет, почему большинство 32-битных расширений оболочки Windows не запускаются под 64-разрядной Windows. Большинство таких расширений используют инъекцию кода (Code Injection) для встраивания в проводник Windows
WOW64 не поддерживает 16-разрядные инсталляторы
WOW64 обеспечивает поддержку 16-битных инсталляторов Microsoft, путем замены инсталлятора на совместимую 32-битную версию. Тем не менее, эта поддержка не распространяется на сторонние продукты. Так что, если вам нужно использовать старую программу, то, скорее всего, придется искать эмулятор или портативную версию.
Дополнительные возможности для запуска 32-битных приложений в Windows 64
Windows Virtual PC
Windows Virtual PC это бесплатное программное обеспечение, которое позволяет запускать несколько операционных систем на одном компьютере. Virtual PC обеспечивает специальную среду исполнения, которая поддерживает устаревшее оборудование и программное обеспечение, которое не будет определяться и запускаться в Windows 7. Все запущенные операционные системы под Virtual PC будут выполняться в виртуальной машине. Это означает, что запущенные операционные системы не будут знать о том, что они запущены в другой системе.
Системные требования и набор функциональности существенно различается между версиями Virtual PC и версиями Windows. Так что, прежде чем пытаться использовать Virtual PC, необходимо проверить, что программа поддерживает как вашу операционную систему, так и те ОС, которые будут на ней запущены. Например, одна из последних версий уже не поддерживает версии Windows ниже Windows XP SP3.
Режим Windows XP (XPM)
Режим Windows XP это конкретная и урезанная реализация Windows Virtual PC, которая поставляется с предустановленной копией Windows XP Professional SP3. Этот режим доступен только в версиях Enterprise, Ultimate и Professional Windows 7 64-бит.
Несмотря на то, какие возможности был бы должен представлять этот режим, многие, кто использовал XPM, настоятельно советуют использовать этот режим только в качестве последнего средства. По сравнению с другими продуктами виртуализации, производительность разочаровывает, а конфигурация по умолчанию вызывает ряд вопросов безопасности.
Примечание: К некоторым более дательным настройкам режима совместимости все же можно обратиться. Более подробную информацию вы можете найти в обзоре Как запустить старые программы на Windows 7 / Vista? (см. Microsoft Application Compatibility Toolkit).
Мультизагрузка ОС Windows
Вы можете установить более одной версии Windows на одном компьютере, с помощью мультизагрузчика. Например, установить 32-разрядную и 64-разрядную версии Windows рядом друг с другом. Каждая операционная система устанавливается на отдельный раздел диска, а менеджер загрузки устанавливается на разделе по умолчанию. Менеджер загрузки позволяет выбрать и запустить операционную систему, которую вы хотите сейчас использовать.
Хоть, вы и не можете одновременно использовать больше одной операционной системы, эта функциональность является достаточно полезной. По сравнению с виртуальными машинами, такой способ не имеет никаких проблем с совместимостью и такие системы гораздо легче настраивать и обслуживать. Кроме всего прочего, установив 32-разрядную версию рядом с 64-битной, вы сохраните возможность запускать 16-битные приложения.
Подытоживая сказанное о поддержке 32-бит в 64-разрядной Windows
Большинство 32-разрядных приложений будут вполне счастливо себя чувствовать в Windows 64. Основными исключениями будут:
- 32-разрядные драйверы устройств
- Приложения, которые не могут функционировать без 32-битных драйверов устройств, которые они используют. Яркими примерами являются антивирусы и другие программы для обеспечения безопасности.
- Расширения, которые используют инъекцию кода (Code injection). Например, оболочки для проводника Windows
Некоторые приложения смогут запускаться с ограничениями. Это так же касается деинсталляторов, программ для очистки реестра и программ для тюнинга, так как они имеют доступ только к той части реестра, которую им показывает Wow64.
Если вы никак не можете запустить 32-битное приложение, то рассмотрите вариант с виртуализацией или мультизагрузкой нескольких операционных систем.
Какие приложения быстрее 32-битные или 64-битные?
Этот вопрос звучит достаточно часто. Но, нет никакого общего правила или коэффициента умножения, поскольку все зависит от задач и используемых функций процессора.
Если сравнивать 32- и 64-разрядные приложения в своих родных средах, то 32-битное приложение, как правило, использует меньше памяти, чем эквивалентное 64-разрядное приложение. Это происходит потому, что 64-битные версии используют 64-битные структуры данных, которые занимают вдвое больше места. Дополнительный размер напрямую влияет на время запуска и закрытия программы, а так же на другие виды операций, связанных с доступом к дисковым накопителям. Обычно, это означает, что 32-разрядные приложения будут выполняться быстрее. Тем не менее, использование 64-битными программами особенностей 64-разрядного процессора потенциально позволяет приложению выполняться на 25% быстрее, по сравнению с 32-битными программами.
Кроме того, необходимо помнить, что запуск 32-битного приложения на 64-разрядной Windows означает запуск Wow64, поэтому анализ производительности на 32-битном процессоре можно отложить в сторону. Запуск Wow64 означает не только затраты на преобразование вызовов, но и учет механизмов перенаправления и дублирования, которым требуются не только процессорное время, но и оперативная память. Поэтому, возможно, 32-разрядное приложение будет выполняться быстрее 64-битного, но оно однозначно будет выполняться медленнее, чем при эквивалентном запуске на 32-битном процессоре.
И самое главное, вы всегда должны понимать, что увеличение размера регистров процессора, а именно это и обозначают цифры 32 и 64, никак не влияет на саму задачу. Если задача не зависит от объема или диапазонов значений, то увеличение разрядности не будет играть почти никакой роли. Другими словами, от того что вы сложите продукты в большой холодильник, продуктов не станет больше и быстрее они не охладятся.
Теперь, вы знаете ряд особенностей запуска 32-битных приложений на 64-разрядных Windows. А так же что такое Wow64 и какие ограничения он накладывает на 32-разрядные программы.