wine 如何运行exe 应用

知道了wine 能够运行Windows 应用以后，一直觉得很奇怪，它是如何调起exe 应用的。下文将详细解释。
在此之前，需要了解下Windows/Linux 分别是如何运行应用程序的。
Windows下可执行文件格式为 PE（Portable Executable），后缀一般为.exe；
Linux下可执行文件格式为 ELF（Executable Linkable Format）,无后缀。

下面两幅图分别简要描述了两种格式的区别，如果需要进一步了解两种格式具体的内容，可以查阅官方文档。

PE 格式
https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/debug/pe-format
ELF 格式
https://refspecs.linuxbase.org/elf/elf.pdf

Windows 下运行应用过程

当我们在双击exe 文件时，Windows 系统会执行操作如下：

创建进程,主线程；
系统程序检查.exe 文件头；
连接器嵌入exe 文件头信息；
导入所需要的dll；
初始化运行库；
执行代码中的main 类似入口函数；

Linux 下运行应用程序

当我们在执行Linux 应用时，Linux系统会执行如下操作：

内核加载映像（≈二进制文件）并看到它是一个动态可执行文件
内核加载动态加载器（ld.so）并给它控制权
动态加载器解决依赖关系并加载它们
动态加载器将控制权交还给原始二进制文件
原始二进制文件在_start()中开始执行，最终进入main()。

很显然，如果直接执行exe 文件，Linux 系统是不认可的，因为它不是linux 动态可执行文件。每个可执行文件都有定义的一些头文件，里面包含依赖的动态链接库以及运行地址等信息。以一个简单的helloworld 程序为例，编译成Window 版本和Linux 版本以后。均可以通过工具查看到其依赖：

那么wine 是如何实现在linux 环境中运行exe 的呢。基于Windows 和Linux 不同的运行流程，wine将Windows可执行文件加载到内存中，解析它，找出依赖关系，找出可执行代码的位置（即.text部分），然后最终跳转到该代码。也即实现了 ld-linux-x86-64.so.2 类似的功能。
理论很简单，实现上确实有较大的难度。难度主要集中在以下几个方面：
1、.text 代码段如何能够在linux 正常运行；
编译生成的机器代码，只要CPU架构是一样的，则意味着其指令集也是一样的，按照逻辑来讲，只要CPU 架构是一致的，是可以正常运行。

2、代码段中涉及系统调用的函数，需要由内核去完成，这时候，应用程序代码需要一种方法来 "中断 "自己，将控制权交给内核（这种操作通常称为上下文切换）。在每个操作系统上，操作系统所暴露的函数集和调用这些函数的方式都是不同的。
Linux上：read, write, open, brk, getpid
Windows上：NtReadFile, NtCreateProcess, NtCreateMutant 。

针对Windows ，可以看如下这幅图，当然，在linux 下同样有用户模式和内核模式的跳转。

在wine 实现中，在用户层和内核层的接口处，提供ntdll 的自定义实现。在Wine的最新版本中，它由两部分组成：ntdll.dll（PE库）和ntdll.so（ELF库）。第一个部分是一个薄层，只是将调用重定向到ELF对应部分。ELF对应库包含一个名为__wine_syscall_dispatcher的特殊函数，它执行了一个将当前堆栈从Windows转换到Linux并返回的魔术。因此用户调用创建文件时，就会有如下的调用过程：

CreateFile(kernal) -> NtCreateFile(ntdll.dll) ->NtCreateFile(ntdll.so)

其中特殊分发函数__wine_syscall_dispatcher 和 __wine_syscall_dispatcher 函数，其实际上是一段针对不同CPU 优化的汇编代码，实现都在针对不同架构处理器的文件中，如：signal_arm.c /signal_arm64.c / signal_x86_64.c /signal_i386.c；

3、Windows 有着众多的dll 和系统API ，并且这些实现是不开源的，可以获取的文档资料也有限制，无法完全去实现部分API;

4、如果有应用(尤其是游戏应用)，绕过ntdll，直接调用syscall，那么wine 将无法做到适配。