在32位Windows下使用Amd64指令的轻量级方法？

Question

在32位Windows下使用Amd64指令的轻量级方法？

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对于一些使用64位变量的CPU密集型代码，使用Amd64指令集而不是x86是有益的。如何在32位Windows（例如Windows XP SP3）下实现？当然，我假设使用现代的、启用了Amd64的CPU。我排除了工作繁重但可行的方法：作为虚拟机运行完整的64位操作系统，例如在Virtualbox下的Ubuntu for Amd64。

我知道需要一些汇编，并且会受到限制，尤其是寻址超出32位Windows管理的内存。但我考虑的是纯计算任务，只需要适量的内存和不调用外部函数。

- fgrieu

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我认为这不会很容易...你必须以某种方式钩取调度程序，使CPU在调度程序将CPU控制权交给您的代码时进入64位模式，然后在调度程序想要CPU回来时切换回32位模式。这肯定不能在用户模式下完成（您需要规避抢占式多任务处理的整个要点）。 - Matteo Italia

可能是在x86_64 CPU上运行的x86（32位）Linux上启动x86_64代码的重复问题。 - osgx

2个回答

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一般情况下，在32位的操作系统内核中运行64位代码几乎是不可能的，原因如下：

32位操作系统无法识别额外的64位寄存器（以及现有寄存器的高32位），也不会在任务切换时保留这些寄存器。
32位操作系统未准备好启用64位代码执行。启用64位代码执行意味着要切换到IA-32e分页模式（需要完全不同的页表格式）并设置GDT（或LDT）中代码段描述符中的CS.L = 1和CS.D = 0。（请参阅IA-32手册，第3a / 3b卷5.2.1章节）

原则上，您可以编写新的Windows HAL来解决这两个问题，该HAL以IA-32e模式运行，并切换到64位跳转代码段以保存和恢复64位寄存器。这是一项相当复杂的任务，请参阅Windows DDK以获取详细信息。如果您的CPU支持VMX，则还可以使用仿真方法，例如VirtualBox等。但从一开始就使用64位操作系统会更简单。

- bdonlan

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VMX不是模拟，而是硬件辅助虚拟化。 - osgx

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可以查看英文原文，
原文链接

- osgx · Accepted Answer

在没有内核修改/特殊驱动程序/虚拟化的情况下，32位通用操作系统无法使用Amd64指令（长模式）。

原因是：

1）要使用本机64位指令，您需要切换到长模式。这是一项特权操作。如果CPU被切换到64位模式，32位操作系统内核将无法继续工作，因此您应该在进入内核之前切换回来。

2）但是内核通常会异步调用计时器（调度程序）和其他硬件中断（驱动程序）。它不会保存64位寄存器，也不会将模式从长模式改为保护模式。

也许可以编写特殊的驱动程序，在32位操作系统上执行64位任务，但这种驱动程序更像是64位内核和内核动态打补丁程序。我不知道这样的解决方案。

当在32位操作系统中运行时，您只能使用MMX、SSE、SSE2、SSE3、AVX来访问CPU的64位算术逻辑单元和寄存器。

我可以说的是，Linux、某些BSD、Mac OS X具有一种模式，即使用64位内核，但用户空间软件是32位的。在这种情况下，将可以运行32位和64位应用程序，因为内核知道64位模式并可以访问64位寄存器来执行任务切换。据我所知，MS Windows本身没有这种模式（W7模拟32位模式，但这被MS称为模拟器，因此我认为这不是内核特性）。

其他可能性（如果您的CPU支持硬件虚拟化，这更好），是使用64位虚拟机监控程序（VMware / Xen等过于昂贵的解决方案）与32位和64位客户机操作系统一起使用。VirtualBox是使用虚拟机监视程序的另一个选项，也可以免费使用。