[心得] Wine 簡介

看板Linux作者rextsai (Rex Tsai)時間13年前 (2011/04/08 00:44)推噓2(2推 0噓 2→)

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[2]Wine – 在 Linux 中使用 Windows 程式 = 簡介 = 自從 [3]Wine 1.0 在[4] 2008 年六月釋出之後，便開始以兩、三周為週期，開始固定的釋出[5]新版。Wine 是針對 POSIX 相容的作業系統所設計，目前 Wine 已經被移植許多平臺上，除了 Linux 外，也可以在 Solaris, FreeBSD, x86 版本的 Mac OS 上使用。經過長期的開發與社?支援，目前在?[6]Appdb 中已有超過一萬六千個軟體測試報告，其中有將近 3000 筆是屬於[7]高度可用 (Platinum List) 的軟體。在 Appdb 中仍有大量的軟體存在執行的問題，造成使用困擾，甚至無法使用。這與 Wine 的設計有關，Wine 跟?[8]Dosbox,?[9]zsnes 不同，既不是[10]模擬器，也不是[11]虛擬機器。它是以軟體方式模擬出 Windows? 作業系統所需的軟體架構 (Software Stack)，理論上只新增一層 software layer 會比虛擬化成本低廉。雖然 Wine 計劃經過十幾年發展，但是市面上目前為止沒有任何書籍介紹 Wine 及其程式架構，開發者只能參考少數幾份[12]線上文件與 [13]Wiki 來理解 Wine 的程式架構。本文稍加介紹 Wine 的相關設計。 = 軟體架構與初始化簡介 = 根據?[14]Wine Developer’s Guide，軟體架構如下 [15][wine-262x300] 要在 UNIX 中模擬一個 Windows? 作業系統，有許多差異需要克服，且 Wine 為了開源授權的合法性，並不對 Windows? 本身進行反組譯，而是用[16]黑箱測試法所開發出來，並參照開發文件逐步實做所有的 Win32 APIs。問題在與 Win32 API 文件並沒有完全開放，不同版本作業系統間，也有些微行為上的差異。然而 Windows? 有著為數不少缺乏文件的 APIs. 甚至錯誤的 API 反應等等，Wine 都需要一一的實踐。加上仍有一些未開放的[17] 低階 API，以及一些缺乏文件的協定或設計，Wine 計劃可以說是以血淚走過來的開發工作。以 Wine 模擬 Windows??最重要的功能之一就是 Wine server, 它基本上是提供作業系統核心模擬的功能，負責[18] Inter-Process Communication (IPC), synchronization 與 process/thread management 等等工作。Wine server 是一個獨立的程序，每次啟動任何 Windows 程式前，它會優先被叫起。若出現了什麼問題，也要確保砍掉 (kill) 它後，才能乾淨的重新執行。而在 Wine preloader 載入 .[19]COM / [20]NE / [21]DLL /?[22]PE 前，由於每個程序都將使用自己的[23]記憶體空間，Wine?要先依照不同的執行檔格式需求建立 Memory layout，為了能夠在 Linux 中製造出跟 Win32 一樣的記憶體位置，除了試圖將相關的 DLLs 載到正確的記憶體位置。Wine 也要避免 dynamic linker 預先把 Wine 所需的函式庫配置 (mapping) 到錯誤的位址，於是修改預設的 ELF 初始化程序，以 syscall 將相關的函式庫配置到正確的位置。另外在 Windows? 中，每個 process 或 thread 有一塊資料結構稱做 Environment Block (PEB – Process Environment block or TEB – Thread Environment Block)，這些資料中包含了 [24]TLS slots, message queue, error code (SEH,?[25]Structured Exception Handling) 等等，這塊資料結構提供了 Windowing, Threading 以及錯誤處理等所需資訊。在建立 PEB/TEB 後，才初始化?[26]process heap，載入執行檔，依照執行檔指示建立? [27]stack，最後才將控制權交給執行檔的?[28]EntryPoint。上述工作均由 NTDLL/KERNEL32 處置，NTDLL/KERNEL32 也會負責傳遞執行序資訊給 Wine Server.?至於啟動後的 [29]Graphics Device Interface 與 X11 的圖形界面轉換由?[30] GDI32 處理。?[31]USER32 則實做 Windowing and Messaging subsystem. 像是一些狀態列顯示等功能，都已經實做完成。例外一個值得一提的是[32]錯誤處理的機制，在 Windows 上 [33]exception handling 的方式比 Linux 中複雜許多。以?[34]STATUS_ACCESS_VIOLATION /?Segmentation fault 為例子，在 Linux 中只是吐一個?[35]SIGSEGV 錯誤，在 Windows 中則會吐出一個 [36] Exception，還會帶上錯誤位址 (faulting address) 等資訊，也可在 SEH 中指定 handler function 來處理錯誤事件。在 Linux 中，並沒有所謂的 system exception interface，Wine 為了模擬出 Windows 的[37]錯誤處理機制，是將 exception 轉為 [38] signal 來模擬。除了上述幾個主要的核心程式外，Wine 也實做了許多[39]軟體原件，像是?[40] Cryptography,?[41]DirectShow Framework,?[42]Direct3D shader -> GL mapper, Network protocol stacks,?DirectSound (ALSA, OSS),?[43]DirectInput,?DirectShow,? [44]DirectDraw,?Direct3D 等等。甚至連 [45]MSHTML / IE 都已經以 [46]Gecko Engine 實做。目前 Wine 在編譯時已經支援?[47]64 bits 也支援?[48]WoW64 來跑 32 bits 程式。 = 開發模式 = Wine 是用 git 管理，任何人都可以隨意 commit patches, test cases 到?[49]patches mailing list 上，經過公開的 code review 後就會再下一次 release 中被合併。如果有任何技術上的疑問，則會被提到開發論壇進行討論，有歧異或暫時無法解決的問題，會被彙整到[50]問題追蹤系統中，是相當透明開放、平等的開發模式。由於 Wine 是完全重製 Win32 APIs, 且是黑箱測試開發模式，難免會出現修東壞西的悲慘現象。為了避免舊問題在新版中重現，Wine 設計了一套[51]測試方法，來作?[52] Regression Testing，藉此確保軟體品質。不過這個方法只能測試功能性的問題，難免還是避免不了一些圖形界面的變異。 Wine 計劃授權[53]原本是採用 MIT，但在市場高度期待，出現了數家不同的公司為不同的平臺提供服務，社?為了避免多家營利公司商業競爭造成開發資源分散，2002 三月後已經改成 LGPL. 也由於授權開放，Wine 的開發成果如 D3D 也被整合到 [54]VirtualBox 中。另外像是想重新實做開源Windows? XP/2003 的?[55]ReactOS 計劃，其軟體層也使用 Wine?Libraries 。一般開發者也可以用?[56]Winelib 作為跨平臺的函式庫，在 Linux 上將程式移植到 Win32 平臺上。 (類似?[57]mingw) 目前在 Linux 上，Wine 對於音效支援，只有 OSS 與 ALSA。社?已有?[58]PulseAudio，但由於開發團隊策略上的[59]考量，希望朝向支援?[60]OpenAL 的方向，因此尚未被整合到官方版本。至於在?MacOS 上，其圖形界面驅動程式還是 winex11.drv ，需要使用 X Server 才能使用，OS X 上的?[61]Quartz 在 2010 時曾經有[62]一部分實做，但已停止開發，功能也暫時無法使用。 = 使用現況 = 目前 Wine 計劃處在一個尷尬的狀態。Wine 已經完成很大部分的 Win32 Libraries. 但仍有尚未實做的部分，為了能夠順利使用，使用者仍必須使用 Microsoft ?函式庫 (以下稱為 native)。又因為已高度實做 Wine 的函式庫 (以下稱為 build-in)往往有不相容 native 函式庫的問題。也因此使用者現階段而言並不容易只使用一套 Wine 設定來套用所有的 Win32 應用程式。結局就是造成使用 Wine 執行 Win32 程式時，常需要搭配不同的函式庫。例如這一版本需要 native 的 yyy.dll 配合 build-in 的 zzz.dll，另外一套軟體卻可以只用 build-in dll 執行。如果軟體出現相容性問題，不再像初期一樣，只要靠換 Win32 Libraries 就可以排除，因為每個原生函式庫有高度相依性。由於安裝軟體時，常常需要用到一些 Microsoft 的程式碼，或者偶爾也許要微調一下?[63]Windows Registry Keys 才能順利安裝。因此常需要透過特定到程序才能成功安裝，因此網路上有許多[64]第三方工具。最常用也最知名的就是? [65]Winetricks. 雖然 Wine 已經開始有些像是?[66]Picasa,?[67]TeamViewer 等等的商用軟體應用，以 Wine 直接提供原生 Win32 程式給 Linux 平臺。但他們的做法，都是隨贈一套已調整完成的 Wine 系統。由於 Wine 執行環境可以安裝在不同的 [68]sandbox，因此系統中可以有多套不同的 Wine 同時執行。這種技巧叫做 bottle. 使用者可以透過不同的環境變數，來設定 Wine 所要使用的設定檔路徑，載入 Win32 程式時，也會啟動不同的 wine server，不同的 bottle 會是獨立的執行環境，可作不同設定或安裝不同版本的函式庫。使用者可以透過環境變數或[69]第三方工具，來測試配置各種不同的軟體，在 Linux 上可以使用今年剛發表的?[70]wibom。在 MacOS 平臺上，由於編譯的困難性，可以使用?[71] Wineskin 之類的工具來協助安裝管理 Win32 系統。此外，像是?[72]Crossover,?[73] Bordeaux 等公司也提供商業版的友善界面與預先調整好的安裝工具等服務。在 [74]Appdb 上已經有眾多程式資料，何不試試能否在 Linux 執行看看你最喜歡的 Windows 程式呢? :-) References: [1] http://people.debian.org.tw/~chihchun [2] http://people.debian.org.tw/~chihchun/2011/04/07/wine-using-windows-program-in-linux/ [3] http://people.debian.org.tw/~chihchun/2008/05/15/wine-10-rc1/ [4] http://wine-reviews.net/wine-release/wine-10-released.html [5] http://wine-reviews.net/archive.html#catid37 [6] http://appdb.winehq.org/ [7] http://appdb.winehq.org/objectManager.php?sClass=application&sTitle=Browse+Applications&iappVersion-ratingOp0=5&sappVersion-ratingData0=Platinum&sOrderBy=appName&bAscending=true [8] http://www.dosbox.com/ [9] http://www.scummvm.org/ [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Emulator [11] http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_machine [12] http://www.winehq.org/documentation [13] http://wiki.winehq.org/ [14] http://www.winehq.org/docs/winedev-guide/x2543 [15] http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/wine.png