Linux 软件移植到 Windows 平台

项目背景:最近做了一个需要跨平台的项目,要求能够支持 Linux 系统和 Windows 系统并且调用不同操作系统上的硬件驱动,为了减少工作量,我在 Linux 系统上开发了原型,并使用 cygwin/msys2 将其移植到 Windows 系统上。

1、Cygwin 简介

通常来说,我们在 Linux 下编程遵循 posix 标准,并且调用的是 Linux 提供的系统调用,使用 libc 函数库;但是在 Windows 下编程的时候我们需要使用 Windows 提供的系统调用,并且使用 Windows 提供的函数库。比如,在使用 socket 库编程的时候,在 Linux 中,你只需要#include <sys/socket.h>就可以使用 socket 库了,但是在 Windows 下,你需要:

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#include <winsock2.h>

int main(){
    WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);  
    WSADATA wsaData;  
    if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData)!=0)  
    {  
        return 0;  
    } 
    /*
    	.....
    	do something just like in Unix
    */
    WSACleanup();
}

相比于在 Linux 系统下,还需要额外进行加载套接字WSAStartup()关闭套接字WASCleanup()的步骤。

幸运的是,大部分函数定义在 Linux 和 Windows 下是相同的。

为了解决这些差异,你有两种做法:

  1. 手动做兼容,通过预定义宏针对不同系统做不同的预处理;这种方式的优点是,软件任然是原生的,没有额外的转换消耗,缺点是要花费较多的开发和适配时间;
  2. 做一层转换,将所有对差异的函数调用做一层转换,转而去调用 Windows 系统下的函数;这种方式的优点是省时省力,缺点就是要消耗额外的转换时间;

Cygwin 采用的就是方法 2,Cygwin 提供了一个模拟层:cygwin1.dll,通过这个模拟层来转换函数调用(对 linux 的函数调用会进入cygwin1.dll,由它来完成对 Windows 函数的调用)。

通过cygwin1.dll可以看出,这是一个动态链接库,因此,我们的 Linux 程序需要在 Cygwin 下重新编译,将该库的 symbol 引入程序,这样才能做转换。

扩展阅读

MinGW

Minimalist GNU for Windows,是一个用于开发原生 Windows 应用的开发环境。它主要提供了针对 win32 应用的 GCC、GNU binutils 等工具,以及对等于 Windows SDK 的头文件(的子集)和用于 MinGW 版本 linker 的库函数(so、a 等,而不是 lib、dll)。

注意:MinGW 只是提供了一个编译 Windows 程序的 Linux 环境,这意味着,你写的应用需要是 Windows 原生应用,而不能通过 Linux 应用直接移植。

MSYS2 简介

msys2 是 Windows 下的一个软件分发与构建平台。它提供了类 Unix 的环境和命令行接口,以及方便易用的 pacman 包管理工具。

msys2 在是基于 Cygwin(POSIX 兼容层)并且使用 MinGW-w64 来为原生 Windows 软件提供更好的互通性,github wiki 上原文如下:

It is an independent rewrite of MSys, based on modern Cygwin (POSIX compatibility layer) and MinGW-w64 with the aim of better interoperability with native Windows software.

相比于 Cygwin 的cygwin1.dllmsys2 有一个msys-2.0.dll

子系统

msys2 包含三个子系统以及它们对应的包仓库:msys2、mingw32 和 mingw64。

mingw 子系统提供了原生 windows 应用环境,这些程序与其他 Windows 程序合作的很好,并且与其他子系统独立;

msys2 子系统提供了模拟的 POSIX 兼容层(绝大多数)环境,以及包管理系统,文件系统等等;

注意:msys2 中每个子系统都有自己的编译工具链,msys2-devel,mingw-w64-i686-toolchain,mingw-w64-x86_64-toolchain。

总而言之,msys2 更像一个集成了 Cygwin 和 MinGW 优点的环境,是一个更集中的平台。在使用的时候要注意选择对应的子系统。

cygwin 下编译并链接 Windows DLL

在 cygwin 下需要重新编译应用程序,并且在链接的时候将 Windows DLL 链接进去,这一步和 Linux 下的链接过程是一样的,可以参考我的 Makefile:

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CC = gcc
CFLAGS = -Wall -pthread -std=gnu99
DEBUG = -g3
INCLUDE = -I./src/include

# Linux build
WINDOWS = -I./src/driver/XA429_Windows_share
SOURCES = $(wildcard src/*.c src/driver/XA429_Windows_share/*.c)
OBJS = $(patsubst src/%.c,src/%.o,$(SOURCES))

linux: arinc429_adapter arinc429_adapter.1 clean_build

arinc429_adapter: $(OBJS)
	$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^ -L./ -lA429DLL 

%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) $(DEBUG) $(INCLUDE) $(WINDOWS) -c $< -o $@

arinc429_adapter.1: arinc429_adapter
	help2man -s 1 ./arinc429_adapter -o $@-t
	chmod a=r $@-t
	mv -f $@-t $@

# clear
clean: clean_build
	rm arinc429_adapter
	rm arinc429_adapter.1

clean_build:
	rm -f $(OBJS)

msys2 下编译并链接 DLL

与 Cygwin 相似,但是在这里注意要选用 msys2-devel 子系统。

动态加载 DLL

注意,在这里需要动态加载 DLL,加载方式和 POSIX 加载方式相同。

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void (*funcp)(void);        /* Pointer to function with no arguments */
void* libHandle = dlopen("./A429DLL.dll", RTLD_LAZY);

/* do something */
funcp = (void (*)(void)) dlsym(libHandle, argv[2]);
err = dlerror();
if (err != NULL)
    fatal("dlsym: %s", err);
/* Try calling the address returned by dlsym() as a function
   that takes no arguments */
(*funcp)();

dlclose(libHandle);

目前尝试静态加载的方式似乎是行不通的.

使用ProcessExplorer查看 DLL 未能自动加载