在32位Windows下使用Amd64指令的轻量级方法？

Question

对于某些使用64位变量的CPU绑定代码，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）下完成？当然，我假设一个现代的，支持Amd64的CPU。我排除了工作但重量级的方法：将一个完整的64位操作系统作为虚拟机运行，例如Virtualbox下的Udntu for Amd64。

我理解需要一些程序集，并且会有限制，特别是解决比32位Windows管理更多的内存。但我正在考虑纯粹的计算任务，只需要适量的内存而不需要调用外部函数。

Answer 1

在32位通用操作系统中无法使用Amd64指令（长模式）（无内核修改/特殊驱动程序/管理程序）。

这是因为：

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

2）但是内核通常是异步调用的，用于定时器（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long更改为protected。

可能有可能编写特殊的驱动程序，它将在32位操作系统上执行64位任务，但这种驱动程序更像是64位内核和内核的动态修补程序。我不知道这样的解决方案。

在32位操作系统中运行时，只能使用MMX，SSE，SSE2，SSE3，AVX访问64位ALU和CPU寄存器。

我可以说，当使用64位内核时，Linux，某些BSD，Mac OS X都有一种模式，但用户空间软件是32位。在这种情况下，可以运行32位和64位应用程序，因为内核知道64位模式并且可以访问64位寄存器来执行任务切换。据我所知，MS Windows本身没有这样的模式（W7模拟32位模式，但这被称为我的MS作为模拟器，因此我认为它不是内核中的特性）。

其他可能性（这是更好的，您的CPU是否支持硬件虚拟化），是使用64位虚拟机管理程序（VMware / Xen，其他定价过高的解决方案）与32位和64位客户操作系统。 VirtualBox是使用管理程序的另一种选择，可以免费使用。

Answer 2

通常，在32位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位操作系统不知道额外的64位寄存器（以及现有寄存器的高32位）并且不会跨任务开关保存它们
• 32位操作系统不准备启用64位代码执行。启用64位代码执行意味着切换到IA-32e分页（这需要完全不同的页表格式）并在GDT（或LDT）的代码段描述符中设置CS.L = 1和CS.D = 0。 （参见IA-32手册，第3a / 3b 5.2.1节）

原则上，您可以通过编写以IA-32e模式运行的新HAL for Windows来解决这两个问题，并切换到64位trampoline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;有关详细信息，请查看Windows DDK。如果你的CPU支持VMX，你也可以像VirtualBox和朋友一样使用仿真方法。但是从一开始就简单地使用64位操作系统要简单得多。