二進位檔案如何在不同的機器上運作？

Question

我一直想知道可執行二進位檔案實際上是如何運作的。編譯總是聲明為

取得原始碼並將其翻譯為機器語言

但這到底意味著什麼呢？即：

1. 我可以將二進位檔案從電腦 A 移動到電腦 B 並期望它正常工作嗎？ （假設我也移動了適當的函式庫）
2. 每個可執行二進位檔案都適合與特定處理器一起使用嗎？
3. 可執行二進位檔案包含哪些類型的資訊？
4. 為什麼Windows上的可執行檔可以在任何Windows版本上啟動？ （如果有效的話那就是另一個故事了）
5. 為什麼我無法在 Windows 上執行 Linux 執行檔？它與核心有關（所以與處理器無關）嗎？

請注意，我對處理器和編譯器的了解有限，並且對彙編一無所知。

Answer 1

1. 不必要。如果它是為了可移植性而構建的並且平台兼容，那麼可以（例如，64 位元版本的 Windows 能夠執行 32 位元和 64 位元 Windows 可執行文件，但不再是 16 位元版本）。
2. 不必要。它們是為特定指令集而設計的。由於這些通常是擴展並且具有向後相容性，因此您可能會在較新的處理器上運行較舊的文件，但不一定相反。例如，為 Windows 95 編譯的程式可能仍然可以在當今的硬體上運行，但是您無法在舊的 Windows 95 電腦上運行為當今的硬體編譯的程式。但是，如果兩台機器運行完全不同的指令，則可執行檔將不相容（例如 Intel 與 ARM）。
3. 這是依賴平台的，有多種格式具有不同的標頭和內容，但基本上總是有某種標頭作為索引，告訴作業系統在哪裡可以找到特定的東西（例如主入口點）。
4. 他們實際上不能（參見上面的#2）。
5. 首先，Windows 和 Linux 的可執行檔使用不同的格式。但即便如此，還是存在差異，例如整個環境和提供的平台 API/函式庫。例如，Linux 可執行檔通常會嘗試與 X11 等視窗管理器通信，而 Windows 程式會嘗試呼叫 Windows API。然而，有一些方法可以讓這些事情發揮作用。舊版的 Windows（NT？）實際上具有 POSIX 擴展，因此據我所知，您可以運行一組有限的 Linux 程序，儘管我從未真正嘗試過或仔細研究過。另一方面，對於 Linux，有諸如 Wine 之類的工具，它將嘗試模擬 Windows 環境，提供 API 檔案、路徑轉換等。

Answer 2

1. 僅在非常受控的情況下：兩台電腦必須具有相容的處理器和作業系統。

2. 不是特定的處理器，而是一組相容的處理器。例如，假設作業系統相容，則為與 x86 相容而編譯且沒有副檔名的檔案將在每個 Intel 或 AMD x86 或 x64 處理器上執行。

3. 首先也是最重要的是編譯步驟中的機器碼。除此之外，其他一些所謂的“部分”將具有例如資源（有沒有想過，為什麼可執行文件在Windows上有一個專用圖標，即使它沒有運行，但只是在資源管理器中顯示），二進制兼容性的描述和更多的。

4. 這是1.的副作用：只要作業系統提供了與可執行格式的相容性，就可以啟動它。現代 Windows 版本提供了一系列相容性：DOS、Win16、Win32、Win64、dotnet 是最重要的。

5. 作業系統為可執行檔提供了執行所需的環境。 Linux 和 Windows 之間的這些環境差異很大。這意味著，您無法直接從一個到另一個運行可執行檔。目前正在進行一些專案來彌補這一差距：WINE 專案旨在允許在 Linux（和其他作業系統）上啟動 Windows 可執行文件，而 Cygwin 專案旨在使 Linux 軟體能夠在 Windows 上運行。 Cygwin 的目標不是二進位相容性，而是允許重新編譯未修改的原始程式碼。

重要的是要理解，可執行檔（例如 .exe）是不是編譯過程的結果 - 這是連結過程，它將編譯的輸出與創建我在 3 中描述的內容所需的其他成分結合。