如果两台计算机具有相同的 CPU（相同的机器指令），那么是什么阻止程序在两台计算机上兼容？

Question

我正在研究计算机体系结构，但我不明白是什么真正使一台机器的软件与另一台机器“兼容”。让我们以两台使用相同 intel cpu 的机器（例如 Mac OS 和 Windows）为例。现在，如果操作码相同，它们的软件怎么可能彼此不兼容？

1）有人可以概述一下兼容性词所涉及的内容吗？

2）除了CPU的操作码之外，还有哪些因素可以使两台机器相互兼容？

Answer 1

除了其他硬件组件之外，正如已经指出的那样，软件本身也是兼容性问题的一个巨大根源。
这并不是什么新鲜事，您不能总是使用不同的应用程序打开专有文件格式。

Linux 可执行文件的格式是ELF，Windows 的可执行文件格式是PE，macOS 使用mach-o。
阅读链接的页面，看看这些格式有多少共同点和不同点。

然而，没有什么可以阻止操作系统支持多种可执行格式（Linux 实际上是这样，Windows 也是如此，macOS 也可能如此）。

如果我们忽略文件格式问题，仍然存在库问题。为 Linux 编写的程序可以编写为使用仅限 Linux 的库。
即使有端口，由于调用约定不同，也需要重新编译。
例如，在 Windows 下调用 C 标准函数如下所示：

lea rdx, [REL filename]
lea rcx, [REL mode]
call fopen

在 Linux 下你必须使用：

lea rdi, [REL filename]
lea rsi, [REL mode]
call fopen

如果您将所有需要的库（具有正确的调用约定）与应用程序一起提供，那么仍然存在另一个问题。

库需要与操作系统通信，并且完成此操作的方式是特定于操作系统的。

例如，int 80hLinux下和int 2ehWindows下使用的32位应用程序。
您仍然可以通过移植库来解决此问题，它现在必须使用本机操作系统的调用约定，但使用主机操作系统的接口（例如，Linux SYS V ABI，但 Windows 系统调用号）。

变量的数量已经变得指数级复杂，但真正的问题不是如何调用系统调用，而是它们提供的接口。
简而言之，GUI 系统几乎是 Windows 的一个整体，但在 Linux 下，您可以使用任何您喜欢的窗口管理器。因此，如果您有一个程序调用特定于 Windows GUI 的函数，如何将其转换为 Linux？
高级操作，例如create a window，可以被翻译（这就是 Gtk 和 Qt 等库所做的），但低级操作（例如：RegisterClassEx）不会一对一映射。

如果您考虑一些内核接口有多么不同，这会变得更加混乱。
例如，Linux 中的 uid/gid/permissions 事物和 Windows 中的 SID/DACL 事物。

但是，您仍然可以解决此问题：您必须重新实现其他操作系统接口。这是一项大量的工作，但可以通过一个技巧来跳过：在虚拟机中运行其他操作系统。
这就是 WLS2 的工作原理，也是它允许您在 Windows 下使用 Linux 二进制文件的原因。

请注意，WLS2 是可能的，因为：

1. Linux 是开源的，因此可以轻松修改。
2. Linux 在法律上允许这样做。
3. 微软认为在该项目上投入大量工时是有利可图的。

情况并非总是如此，Linux 无法在 VM 中运行 Windows 内核来支持 Windows 二进制文件，它必须模拟它（请参阅：Wine），这类似于重新实现 Windows 的很大一部分！