统信 Windows 应用兼容引擎

从Windows示例代码入手，逐步剖析Wine实现原理

—

由

孙, 若楠
于

感谢用户“云水木石”的投稿分享。

对于希望深入理解 Wine 内部实现的开发者来说，从一个简单的 Windows 代码示例着手，逐步追踪其在 Linux 系统中的执行流程，无疑是最佳的学习路径。本文将指导你如何通过编译一个经典的 “Hello, World!” Windows 程序，并利用 Wine 的调试工具，来揭开 Wine 将 Windows API 调用转换为 Linux 系统调用的神秘面纱。

Wine 工作原理简介

首先，我们需要明确 Wine 的核心工作机制。Wine（Wine Is Not an Emulator，即 Wine 不是模拟器）是一个能够在多种 POSIX 兼容操作系统（如Linux、macOS 和 BSD）上运行 Windows 应用程序的兼容层。 它并非像虚拟机或模拟器那样模拟整个 Windows 操作系统，而是将 Windows API 调用动态地转换为相应的 POSIX 调用，从而消除了性能和内存上的额外开销，并允许 Windows 应用程序无缝集成到桌面环境中。

Wine主要由以下几个部分构成：

  • 一组实现了Windows API的Linux库： 这是 Wine 的核心，包含了大量 Windows DLL 的开源实现。
  • wineserver： 一个实现 Windows 核心功能（如进程和线程管理、窗口管理等）的服务器进程。
  • 加载器（loader）： 负责加载 Windows 可执行文件（.exe），并将其链接到实现了 Windows API 的 Linux 库上。

实践步骤：从“Hello, Wine!”开始

现在，让我们通过一个实际操作来深入理解这一过程。

第一步：准备 Windows 示例代码

我们将从一个最简单的 Windows “Hello, Wine!” 程序开始。你可以使用 C 语言创建一个显示消息框的简单程序。

这是一个经典的 Win32 API “Hello, Wine!” 示例 (hello.c):

#include <windows.h>

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
    PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
    MessageBox(NULL, TEXT("Hello, Wine!"), TEXT("HelloMsg"), 0);
    return 0;
}

第二步：在Linux上编译 Windows 程序

为了避免切换到 Windows 操作系统，我们在 Linux 上编译生成一个 Windows 程序。要在 Linux 上编译此代码以生成 Windows 可执行文件，需要安装 MinGW-w64 交叉编译工具链。 大多数 Linux 发行版的软件包管理器中都提供了 MinGW-w64 。例如，在统信 UOS 或 deepin Linux 上，你可以通过以下命令安装：

sudo apt-get install mingw-w64

安装完成后，使用以下命令编译 hello.c 文件：

x86_64-w64-mingw32-gcc -o hello.exe hello.c -luser32

该命令会生成一个名为 hello.exe 的 64 位Windows可执行文件。

第三步：使用Wine运行程序

现在，你可以使用 Wine 来运行这个 Windows 程序：

wine hello.exe

如果一切顺利，你应该会看到一个标题为 “HelloMsg”，内容为 “Hello, Wine!” 的消息框弹出。

第四步：使用 Wine 的调试和追踪工具进行分析

这是最关键的一步，我们将使用Wine提供的工具来观察其内部工作流程。

  • 使用 WINEDEBUG 进行追踪

WINEDEBUG是 Wine 中一个强大的环境变量，可以用来启用详细的调试日志输出。 通过设置不同的通道（channel）和严重性（severity），可以获取特定模块的详细信息。

要追踪我们的 hello.exe 程序中所有 API 调用的情况，可以使用 relay 通道。relay 通道会记录下程序对 Win32 API 函数的每一次调用。

WINEDEBUG=+relay wine hello.exe > relay_log.txt 2>&1

执行此命令后，程序会正常运行，同时所有 relay 信息都会被重定向到 relay_log.txt 文件中。打开这个文件，里面的日志非常多，你可以搜索 MessageBox，会看到类似以下的输出：

00f4:Call user32.MessageBoxA(00000000,140004009 "Hello, Wine!",140004000 "HelloMsg",00000000) ret=14000148d
...
00f4:Ret  user32.MessageBoxA() retval=00000001 ret=14000148d

这清楚地显示了我们的程序调用了 user32.dll 中的 MessageBoxA 函数，并记录了传递的参数和返回值。

  • 使用 winedbg 进行调试

winedbg 是 Wine 内置的调试器。 它可以让你像使用 GDB 一样，在 Wine 环境中单步执行 Windows 程序、设置断点、查看内存和寄存器等。

你可以像这样启动 winedbg 来调试您的程序：

winedbg hello.exe
winedbg> b MessageBoxa
winedbg> cont

程序将在调用 MessageBoxA 时中断，此时你可以检查调用堆栈、变量等信息，从而更深入地了解 Wine 是如何处理这个 API 调用的。

Wine-dbg>b MessageBoxA
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_parse_compilation_unit Should have a compilation unit here 0
Breakpoint 1 at 0x007f8495fcef60 MessageBoxA [/home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/user32/msgbox.c:390] in user32
Wine-dbg>00c0:err:clipboard:convert_selection Timed out waiting for SelectionNotify event
con00c0:err:clipboard:convert_selection Timed out waiting for SelectionNotify event
cont
013c:fixme:dbghelp:elf_search_auxv can't find symbol in module
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 1974
Stopped on breakpoint 1 at 0x007f8495fcef60 MessageBoxA [/home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/user32/msgbox.c:390] in user32
MessageBoxA () at /home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/user32/msgbox.c:390
Unable to access file '/home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/user32/msgbox.c'
Wine-dbg> bt
Backtrace:
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 279c
=>0 0x007f8495fcef60 MessageBoxA(hWnd=<internal error>, text=<internal error>, title=<internal error>, type=<internal error>) [/home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/user32/msgbox.c:390] in user32 (0x007ffffe2f
fdb0)
  1 0x0000014000148d in hello (+0x148d) (0x007ffffe2ffdb0)
  2 0x000001400012ee in hello (+0x12ee) (0x007ffffe8e4210)
  3 0x00000140001406 in hello (+0x1406) (0x007ffffe2ffe60)
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 1974
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 1974
013c:fixme:dbghelp_dwarf:dwarf2_get_cie wrong CIE pointer at 0 from FDE 1974
  4 0x007f849656a711 BaseThreadInitThunk+0x11(unknown=<internal error>, entry=<internal error>, arg=<internal error>) [/home/builder/wine-src/wine.win64/../dlls/kernel32/thread.c:61] in kernel32.dll.so (0x007ffffe
2ffe60)

小结

通过从一个简单的 Windows 示例代码入手，结合 Wine 提供的强大调试和追踪工具，你可以清晰地观察到 Wine 将 Windows API 调用转换为 Linux 等价实现的全过程。这个过程不仅能帮助你深入理解 Wine 的工作原理，更能为你将来为 Wine 贡献代码或解决应用程序兼容性问题打下坚实的基础。

再次感谢用户“云水木石”的投稿分享。欢迎感兴趣的朋友们前往 deepin 论坛投递更多技术/经验分享。

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