平滑迁移的技巧和技术

Harsha S. Adiga, 软件工程师, IBM

2006 年 5 月 18 日

随着 64 位体系结构的普及，针对 64 位系统准备好您的 Linux® 软件已经变得比以前更为重要。在本文中，您将学习如何在进行语句声明、赋值、位移、类型转换、字符串格式化以及更多操作时，防止出现可移植性缺陷。

Linux 是可以使用 64 位处理器的跨平台操作系统之一，现在 64 位的系统在服务器和桌面端都已经非常常见了。很多开发人员现在都面临着需要将自己的应用程序从 32 位环境移植到 64 位环境中。随着 Intel® Itanium® 和其他 64 位处理器的引入，使软件针对 64 位环境做好准备变得日益重要了。

与 UNIX® 和其他类 UNIX 操作系统一样，Linux 使用了 LP64 标准，其中指针和长整数都是 64 位的，而普通的整数则依然是 32 位的。尽管有些高级语言并不会受到这种类型大小不同的影响，但是另外一些语言（例如 C 语言）却的确会受到这种影响。

将应用程序从 32 位系统移植到 64 位系统上的工作可能会非常简单，也可能会非常困难，这取决于这些应用程序是如何编写和维护的。很多琐碎的问题都可能导致产生问题，即使在一个编写得非常好的高度可移植的应用程序中也是如此，因此本文将对这些问题进行归纳总结，并给出解决这些问题的一些方法建议。

64 位的优点

32 位平台有很多限制，这些限制正在阻碍大型应用程序（例如数据库）开发人员的工作进展，尤其对那些希望充分利用计算机硬件优点的开发人员来说更是如此。科学计算通常要依赖于浮点计算，而有些应用程序（例如金融计算）则需要一个比较狭窄的数字范围，但是却要求更高的精度，其精度高于浮点数所提供的精度。64 位数学运算提供了这种更高精度的定点数学计算，同时还提供了足够的数字范围。现在在计算机业界中有很多关于 32 位地址空间所表示的地址空间的讨论。32 位指针只能寻址 4GB 的虚拟地址空间。我们可以克服这种限制，但是应用程序开发就变得非常复杂了，其性能也会显著降低。

在语言实现方面，目前的 C 语言标准要求 “long long” 数据类型至少是 64 位的。然而，其实现可能会将其定义为更大。

另外一个需要改进的地方是日期。在 Linux 中，日期是使用 32 位整数来表示的，该值所表示的是从 1970 年 1 月 1 日至今所经过的秒数。这在 2038 年就会失效。但是在 64 位的系统中，日期是使用有符号的 64 位整数表示的，这可以极大地扩充其可用范围。

总之，64 位具有以下优点：

• 64 位的应用程序可以直接访问 4EB 的虚拟内存，Intel Itanium 处理器提供了连续的线性地址空间。

• 64 位的 Linux 允许文件大小最大达到 4 EB（2 的 63 次幂），其重要的优点之一就是可以处理对大型数据库的访问。

Linux 64 位体系结构

不幸的是，C 编程语言并没有提供一种机制来添加新的基本数据类型。因此，提供 64 位的寻址和整数运算能力必须要修改现有数据类型的绑定或映射，或者向 C 语言中添加新的数据类型。

这 3 个 64 位模型（LP64、LLP64 和 ILP64）之间的区别在于非浮点数据类型。当一个或多个 C 数据类型的宽度从一种模型变换成另外一种模型时，应用程序可能会受到很多方面的影响。这些影响主要可以分为两类：

• 数据对象的大小。编译器按照自然边界对数据类型进行对齐；换而言之，32 位的数据类型在 64 位系统上要按照 32 位边界进行对齐，而 64 位的数据类型在 64 位系统上则要按照 64 位边界进行对齐。这意味着诸如结构或联合之类的数据对象的大小在 32 位和 64 位系统上是不同的。

• 基本数据类型的大小。通常关于基本数据类型之间关系的假设在 64 位数据模型上都已经无效了。依赖于这些关系的应用程序在 64 位平台上编译也会失败。例如，sizeof (int) = sizeof (long) = sizeof (pointer) 的假设对于 ILP32 数据模型有效，但是对于其他数据模型就无效了。

总之，编译器要按照自然边界对数据类型进行对齐，这意味着编译器会进行 “填充”，从而强制进行这种方式的对齐，就像是在 C 结构和联合中所做的一样。结构或联合的成员是根据最宽的成员进行对齐的。清单 1 对这个结构进行了解释。

清单 1. C 结构

表 2 给出了这个结构中每个成员的大小，以及这个结构在 32 位系统和 64 位系统上的大小。