《程序是怎样跑起来的》第七章

本章主要讲了程序在怎样的环境下运行。同一个程序被很多用户使用就可以产生巨大的价值，这个价值既可以，是出售软件来赚钱，也可以是分发自有软件来获得认同，但是我们自己编写的程序能被很多用户使用时，其运行环境的差异会对此产生影响。就比如说WINDOWS的程序基本上不能直接在macOS上运行，这就是运行环境不同所导致的。每个程序都有其对应的运行环境。程序的运行环境是通过操作系统和硬件来表示的，也就是说，操作系统和硬件决定了程序的运行环境。一台计算机可以安装多种操作系统，例如PC不仅可以安装WINDOWS还可以安装linux操作系统。因此，office 2019的运行环境需要同时规定，操作系统和硬件类型。但是只说WINDOWS和linux还不够，因为操作系有很多版本，有些应用程序可能只能在特定版本的操作系统中运行。
再将硬件作为程序运行环境考虑，是CPU的类型非常重要。CPU只能解释特定种类的机器语言，不同类型的CPU能解释的机器语言也不同。除了x86，CPU的类型还包括MIPS、SPARC、PowerPC等，他们各自使用的机器语言都是不同的机器语言的程序，也称为本机代码。程序员使用C语言等编写的程序，在编写阶段都只是普通的文本文件，在任何环境下，文本文件都可以显示和编辑这样的文本，称为源代码，对源代码进行编译，可以得到本机代码。大多数情况下，应用程序不是以源代码的形式发布的，而是以本机代码的形式发布的。计算机的硬件并不只有CPU，还有用来存储程序指令和数据的内存，通过I/O连接的键盘显示器，硬盘打印机等外部设备在不同的计算机中，这些外部设备的访问方式也有所不同。在WINDOWS应用程序中，键盘输入显示器输出等操作不是通过直接访问硬件来实现的，而是通过向WINDOWS发出请求来间接的实现的。这样一来，程序员就不需要关注内存和iood值的差异了，因为WINDOWS代替了应用程序，对各种不同机型的硬件进行操作，但是WINDOWS本身还需要为PC/AT兼容机PC-9801等不同的机型专门适配不同的版本。每种操作系统的API都是不同的，应用程序向操作系统发出请求的方式是由API来决定的。WINDOWS和linux的API提供了可被认知的于不同的操作系统提供的API ，所以如果要将一个应用程序移植到另一个操作系统上，就必须重新编写其中使用API的部分。API提供了键盘输入、鼠标输入、显示器输出、文件输入/输出等与外部设备之间输入/输出的功能。在同一操作系统中，无论使用怎样的硬件API都是基本相同的，因此操作系统的API编写的程序在任何硬件上都可以运行。当然，如果CPU类型不同，机器语言也会不同，本机代码不可能保持不变。在这种情况下，我们需要使用对应的编译器重新编译源代码，以便生成适配各种CPU的本机代码。不将源代码编译为本机代码，而是一种中间代码，就可以提供不依赖特定操作系统和硬件的运行环境了Java使用的就是这种方法Java这个词有两个含义是Java编程语言，另一个是Java程序运行环境和其他编程语言一样，用Java编写的源代码也需要经过编译才能运行，但是编译后生成的并不是针对特定CPU的本机代码，而是一种自检码的代码自检码的运行环境，称为Java虚拟机Java虚拟机会将Java字节码逐一转换为本机代码来执行。编译后的字节码需要在运行时转换为本机代码，它可以让相同的字节码在不同的环境中运行，只要为各种操作系统的硬件开发对应版本的Java虚拟机，就可以让相同的字节码应用程序在所有环境中运行了。从操作系统的角度来看，Java虚拟机也是一种应用程序，但从Java应用程序的角度来看，Java虚拟机就是其运行环境，也就是操作系统+硬件的结合体。