dll文件32位64位检测工具以及Windows文件夹SysWow64的坑

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dll文件32位64位检测工具以及Windows文件夹SysWow64的坑

21CTO

资讯 0 12937 2017-04-27 12:01:17

自从操作系统升级到64位以后，就要不断的需要面对32位、64位的问题。相信有很多人并不是很清楚32位程序与64位程序的区别，以及Program Files (x86)，Program Files的区别。同时，对于程序的dll文件应该放到System32文件夹，还是SysWow64，大部分人做的决定是，32位程序放到System32，64位程序放到SysWow64。是不是这样呢，那么今天就由我身边发生的一个案例来详细的说明一下。
dll文件不匹配导致数据库无法启动前段时间，数据库做了一些功能上的改进，于是用VS2010编译检出了一个版本，供测试部测试。测试部拿到数据库后，通过批处理将数据库程序，注册为服务。虽然执行的是批处理，实际上注册服务的过程，是通过运行数据库程序，并给其传入命令行参数来完成的，详情请看这篇文章玩转Windows服务系列——Debug、Release版本的注册和卸载，及其原理。
通过批处理运行程序后，出现如下问题：

出现这种问题，测试部不淡定了，叫我去看。我又试着运行了一下程序，依然出现这个问题。“可是在我的机器上运行的挺好的啊”，这是我说的第一句话，相信很多人看了这句话就会心的笑了。
有问题就是有问题，既然我的机器上可以正常运行，那么测试机为什么不行呢，首先要查找原因。
数据库是用VS2010编译的，那么在其他机器上运行，就需要运行的操作系统中以及安装了VS2010的运行时，否则就会因为缺少程序运行所必须的dll文件而无法正常运行。我想应该是这个原因，但又一想，如果没有装运行时的话，会提示缺少msvcr100.dll、msvcp100.dll等文件，上图中的问题显然不是缺少dll问题。问题有点复杂，为了简单，先试着安装运行时，看能不能解决吧。
将VS2010的x86和x64 Runtime安装包全装了一遍。再运行程序，依然是这个醒目的错误。
虽然安装运行时没有解决这个问题，但根据经验判断，要么是缺少dll文件，要么就是dll文件版本出了问题。那么，接下来就是想办法证明这个猜想。
通过Dependency Walker检测数据库程序，所有依赖的dll文件都存在，没有发现什么问题。然后通过Windows Sysinternals中的ListDLLs工具检测当前运行的进程已经加载的dll文件，从列表中看到msvcr100.dll没有加载，估计就是这个dll文件出了问题。从我的机器上找到这个文件，替换了测试机上的msvcr100.dll文件后，数据库就正常运行了。
原来，刚刚启动数据库的时候，提示找不到msvcr100.dll文件，测试的同事就从其他的XP系统的机器上找了这个文件，并分别放入到System32和SysWow64中，于是就导致了上图中的这个问题。
由于XP系统是32位的，所以找到的msvcr100.dll文件也是32位，当把这个32位程序放到System32文件夹后，启动64位数据库，就会加载这个32位dll，由于64位程序只能加载64位dll，所以当程序尝试加载32位dll时，就会报错了。
究竟是System32还是SysWow64 Win7、Server2008等64位系统出来以后，为了兼容32位程序，所以采用了Wow64方案，在系统文件夹中，可以看到一个System32文件夹，和一个SysWow64文件夹。虽然这个方案对于程序来说，可以很方便的兼容32位程序，但是对于一般用户来说，想分辨System32和SysWow64那就有点困难了，因为名字太有迷惑性了。
至于微软为什么采用Wow64方案，我就不细说了，感兴趣的朋友可以看这篇文章：什么是SysWow64。这篇文章详细的介绍了Wow64技术，以及64位系统兼容32位程序的情况。
最后，我们可以知道：

SysWow64文件夹，是64位Windows，用来存放32位Windows系统文件的地方，而System32文件夹，是用来存放64位程序文件的地方。
当32位程序加载System32文件夹中的dll时，操作系统会自动映射到SysWow64文件夹中的对应的文件。

看到这些，你一定会认为你真正的明白了System32和SysWow64的区别，我也一样，我以为我真的懂了，但是真的懂了吗，是真懂了吗？
无论怎样还是请你坚持看完。
区分dll文件32位64位的程序让我倍感迷惑上面说到的数据库无法启动的这种情况，已经遇到了不止一次了。每次遇到这种问题，我都想能不能有个工具可以检查System32和SysWow64文件夹中的dll程序是不是对应的64位和32位程序。据我所知只有dumpbin可以查看一个dll文件是32位还是64位，但它明显不是我想要的工具，因为每次只能查看一个文件。
好吧，自己动手，丰衣足食，既然没有这种工具，那就来写一个吧，好在判断dll文件是32位还是64位也不是很难。
Windows系统下，exe、dll文件都可以称为PE文件，他们有相同的文件格式，称为PE文件格式。
PE文件的第一个部分是IMAGE_DOS_HEADER，大小为64B，对于检查32位64位来说，有一个重要的成员e_lfanew，这个成员的值为IMAGE_NT_HEADERS的偏移。
IMAGE_DOS_HEADER的定义如下：

typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER
{//（注：最左边是文件头的偏移量。）
+0h WORD e_magic //Magic DOS signature MZ(4Dh 5Ah) DOS可执行文件标记
+2h WORD e_cblp //Bytes on last page of file
+4h WORD e_cp //Pages in file
+6h WORD e_crlc //Relocations
+8h WORD e_cparhdr //Size of header in paragraphs
+0ah WORD e_minalloc //Minimun extra paragraphs needs
+0ch WORD e_maxalloc //Maximun extra paragraphs needs
+0eh WORD e_ss //intial(relative)SS value DOS代码的初始化堆栈SS
+10h WORD e_sp //intial SP value DOS代码的初始化堆栈指针SP
+12h WORD e_csum //Checksum
+14h WORD e_ip //intial IP value DOS代码的初始化指令入口[指针IP]
+16h WORD e_cs //intial(relative)CS value DOS代码的初始堆栈入口
+18h WORD e_lfarlc //File Address of relocation table
+1ah WORD e_ovno //Overlay number
+1ch WORD e_res[4] //Reserved words
+24h WORD e_oemid //OEM identifier(for e_oeminfo)
+26h WORD e_oeminfo //OEM information;e_oemid specific
+29h WORD e_res2[10] //Reserved words
+3ch DWORD e_lfanew //Offset to start of PE header 指向PE文件头
} IMAGE_DOS_HEADER;

IMAGE_NT_HEADERS的定义如下：

typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS
{
+0h DWORD Signature;
+4h IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
+18h IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader;
} IMAGE_NT_HEADERS;

Signature 字段：在一个有效的 PE 文件里，Signature 字段被设置为00004550h，ASCII 码字符是“PE00”。标志这 PE 文件头的开始。“PE00” 字符串是 PE 文件头的开始，DOS 头部的 e_lfanew 字段正是指向这里。

IMAGE_FILE_HEADER 结构定义：

typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER
{
+04h WORD Machine; // 运行平台
+06h WORD NumberOfSections; // 文件的区块数目
+08h DWORD TimeDateStamp; // 文件创建日期和时间
+0Ch DWORD PointerToSymbolTable; // 指向符号表(主要用于调试)
+10h DWORD NumberOfSymbols; // 符号表中符号个数(同上)
+14h WORD SizeOfOptionalHeader; // IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 结构大小
+16h WORD Characteristics; // 文件属性
} IMAGE_FILE_HEADER;

其中Machine字段表示可执行文件的目标CPU类型：

IMAGE_FILE_MACHINE_I386         0x014c   x86
IMAGE_FILE_MACHINE_IA64         0x0200   Intel Itanium
IMAGE_FILE_MACHINE_AMD64        0x8664  x64

这样不是很直观，上张图来看一下：

有了这些，我们就可以通过程序来判断32位、64位了，代码如下：

public static bool IsPE32(string path)
{
FileStream file = File.OpenRead(path);
//移动到e_lfanew的位置处
stream.Seek(0x40 - 4, SeekOrigin.Begin);
byte[] buf = new byte[4];
stream.Read(buf, 0, buf.Length);
//根据e_lfanew的值计算出Machine的位置
int pos = BitConverter.ToInt32(buf,0) + 4;
stream.Seek(pos, SeekOrigin.Begin);
buf = new byte[2];
stream.Read(buf, 0, buf.Length);
//得到Machine的值，0x14C为32位，0x8664为64位
Int16 machine = BitConverter.ToInt16(buf, 0);
if (machine == 0x14C)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

最核心的功能完成了，剩下的就是界面和遍历文件夹了，效果图：

根据检测结果和实际情况判断，检测结果没问题。那么就开始真正的检测吧，System32和SysWow64。检测结果如下图：

从图中看出，System32、SysWow64中检测出的所有的文件均为32位程序，根据常识也可以判断出，实际肯定不是这样的。一定是程序出了什么问题，那么直接用十六进制编辑器看一下两个文件是否一致吧。

再次判断究竟是System32还是SysWow64——意想不到的坑

通过UE查看两个文件夹中的msvcr110d.dll确实都是32位程序，而且用Beyond Compare进行比较，两个文件也没有差异。用工具查看两个文件的MD5也是完全一致：

难道两个文件真的都是32位吗，我还是觉得不太可能。

接下来将System32和SysWow64中的msvcr110d.dll分别移动到其他文件夹，这样System32和SysWow64就没有这个dll文件了，然后运行一个32位的需要这个dll文件的程序PeTest，提示找不到这个dll文件。分别将原来System32和SysWow64中的msvcr110.dll拷贝到这个PeTest所在的目录，运行程序。当使用SysWow64中的msvcr110d.dll时，程序可以正常运行，说明这个文件确实是32位。当使用System32中的msvcr110d.dll时，程序无法正常运行，出现文章开始时提到的错误。为什么通过Beyond Compare、UE、MD5检测为同样的dll文件，一个可以正常运行，另外一个就不可以呢。

再次思考这两句话：

SysWow64文件夹，是64位Windows，用来存放32位Windows系统文件的地方，而System32文件夹，是用来存放64位程序文件的地方。
当32位程序加载System32文件夹中的dll时，操作系统会自动映射到SysWow64文件夹中的对应的文件。

32位程序加载System32文件夹中的dll文件，操作系统会自动映射到SysWow64文件夹，也就是说64位程序，系统不会再做映射。

通过任务管理器查看UE、Beyond Compare和MD5三个进程全部为32位进程，即三个程序全部是32位。

至此我们可以重新理解“32位程序加载System32文件夹中的dll文件，操作系统会自动映射到SysWow64文件夹”这句话，应该是“只要32位程序访问System32文件夹，无论是加载dll，还是读取文本信息，都会被映射到SysWow64文件夹”。

这个理解对吗，我们来做一个实验验证一下。

找一个32位的文本编辑器Notepad++（Win7系统自带的是64位），在SysWow64文件夹中新建一个1.txt的文件，打开编辑此文件，内容为SysWow64。然后在打开文件对话框中的输入框中输入“C:WindowsSystem321.txt”，打开文件，看到内容为SysWow64，如图所示：

System32中没有创建1.txt文件，32位程序访问System32中的1.txt文件，被自动映射到SysWow64文件夹中的1.txt文件，而如果用64位的Notepad编辑器打开System32中的1.txt文件，就会提示找不到文件：

由此就可以验证猜想“只要32位程序访问System32文件夹，无论是加载dll，还是读取文本信息，都会被映射到SysWow64文件夹”是正确的。

Program Files (x86)与Program Files

由System32与SysWow64的情况，考虑到Program Files (x86)与Program Files是不是也是这种情况。当32位程序访问Program Files目录时，会被自动映射到Program Files (x86)目录？

还是通过1.txt的方式来验证，发现当32位程序访问Program Files目录时，并没有被映射到Program Files (x86)目录。

32位程序真的需要访问System32吗

经过了这么多验证，总算是知道32位程序无法访问System32，只有64位程序才能访问，由此认为，这是Windows的一个非常大的坑。但是仔细想想，32位程序真的需要访问System32吗。就用这个dll检测工具来说吧。

如果在64位系统上，32位程序无法访问System32，为了访问它，就需要编译为64位。而如果程序编译为64位，就无法在32位系统上运行，同时由于在32位系统上不需要检测32位、64位，所以只需要32位程序即可。这可真是一个矛盾的事情，难道必须编译两个程序，一个32位，一个64位，来适应不同的操作系统吗。如果是C++的话，那么答案是这样的，必须编译一个32位一个64位。而DotNet就不一样了，编译的时候选择“AnyCPU”，并且不选择“首选32位”（VS2012中默认选中），编译后的程序，可以同时在32位和64位系统上运行，32位系统上是32位进程，64位系统上是64位进程，是不是很方便呢，这正是DotNet和AnyCPU的魅力所在。

至此，dll检测程序，不需要做任何代码修改，只需在编译的时候选择AnyCPU，并去掉“首选32位”选项，即可正常检测System32、SysWow64文件夹中的dll文件。

32位程序与64位程序的区别总结

至此，我想应该是真的明白了System32与SysWow64的区别了吧，这个不大不小的坑，算是迈过去了，那么就来总结一下32位程序与64位程序的区别：

SysWow64文件夹，是64位Windows，用来存放32位Windows系统文件的地方，而System32文件夹，是用来存放64位程序文件的地方。
.Net程序以AnyCPU配置，并选择“首选32位”编译，会以32位的进程运行，此时就无法访问System32文件夹中的文件；如果没有选择“首选32位”，则会以64位的进程运行，这样就可以访问System32文件夹了。（VS2012中，“首选32位”默认是选中的）。
32位程序的寻址空间有限，最多达到4G，而64位程序的寻址空间可以达到TB级，想要使用大内存的话，就升级到64位吧，好在DotNet程序从32位升级到64位比较简单，不像C++那么麻烦。
32位程序访问System32目录，会自动被映射到SysWOW64目录，而64位程序可以访问System32目录和SysWOW64目录。
32位程序与64位程序有各自的注册表。
32位与64位程序都可以访问Program Files (x86)与Program Files目录。
更多区别可以参考：32-bit and 64-bit Windows: frequently asked questions。