Почему машинный код зависит от типа ОС?

Question

Предположим, у меня есть программа, написанная на C, и у меня есть два одинаковых компьютера, один из которых работает под управлением Windows, а другой - Linux. Поскольку компьютеры идентичны, их процессоры имеют один и тот же набор команд, поэтому машинный код после компиляции должен быть одинаковым. Так почему мне нужно скомпилировать мою программу дважды? Предположим, я не звоню в любую связанную с ОС функцию или что-то, что зависит от реальной ОС.

Answer 1

Машинный код не зависит от ОС, он одинаковый для одного и того же ЦП.

Если вы не указали какой-либо OS-код машинного кода в целевом режиме процессора (скажем, x86 32b) и загрузите его в некоторую ROM-память, то он будет доступен, вы можете сопоставить эту часть ROM как в Windows, так и в в linux (совершенно другим OS API для сопоставления физической памяти и предоставления ему прав на выполнение), и прыгайте туда .. и машинный код в ROM будет работать одинаково.

Зачем мне нужно скомпилировать мою программу дважды? Предположим, я не звоню в любую связанную с ОС функцию или что-то, что зависит от реальной ОС.

Вам не обязательно. Но обычно вам нужна какая-то точка входа в ваш код, и, как правило, самый простой способ предоставления универсальной точки входа - следовать установленному OS ABI (Application Binary Interface), например, в 32-битных окнах вы читаете аргументы из стека, а в 64b linux вы получаете аргументы в регистрах (когда это возможно). Если вы не будете корректировать код пролога процедуры, чтобы правильно выбирать аргументы, он будет работать с неправильными входами в «другой» ОС, чем это написано.

Но сам машинный код, инструкции CPU, такие же.

При этом на x86 ситуация немного более волосатая из-за исторической обратной совместимости, поэтому процессор может находиться в режиме 16b, в режиме 32b [защищенный] (несколько из них плюс по-разному настроен) или режиме 64b. Инструкция CPU 80386 mov eax,1 имеет различную кодировку машинного кода для режима 16b и для режима 32b.

Но пока вы нацеливаете один и тот же режим процессора, машинный код той же команды скомпилирован таким же образом. Вы просто пишете источник по-разному, чтобы следовать различным ABI.

И исполняемые файлы ... каждый формат отличается от других, это даже не «по ОС», из-за исторических причин почти все ОС x86 поддерживают несколько исполняемых форматов файлов, поэтому метаданные вокруг машинного кода, хранящиеся в файле (для использования ОС во время загрузки машинного кода в память и установки его для запуска) совершенно разные.

Практический пример: приложение linux wine, которое может выполнять исполняемые файлы Windows, предоставляя поддельные точки привязки ОС для имитации ОС Windows и понимая исполняемые двоичные файлы Windows, поэтому правильно загружаем их в память. Машинный код такого приложения Windows запускается без каких-либо дополнительных исправлений.