你剛剛下載了一個功能打包的更新到你最喜歡的開源應用程序。一切都很正常，你可以在其他設備上使用它——所以現在也是時候把它推廣到這些設備上了。

只是你的新Linux筆記本電腦與Windows安裝包不兼容。你的安卓平板電腦怎麼樣？蘋果**？PS4？你為什麼不能把那軟件帶到你喜歡的地方去用呢？讓我們來探索一些不同的障礙，實現“買一次，跑一次”的夢想

軟件開發和操作系統架構

理解軟件為什麼不能跨操作系統工作需要一點（只是一點，我保證）關於軟件是如何**的知識。

軟件開發過程

在桌面、服務器和移動設備（即非web）的非常基本的軟件開發流程中，程序員將：

1. 在一個或多個文件中鍵入一些代碼。
2. 把代碼編譯成計算機可以執行的東西。
3. 測試以確保程序按預期工作。
4. 打包和分發/部署軟件。

我們在這裡所關心的是第一和第二步的結合。編譯軟件的過程，或者把它從代碼轉換成計算機能理解的1和0（機器語言）的過程是複雜的。我們不會詳細討論它，但是從高層次理解發生了什麼是有用的。

操作系統體系結構

需要理解的一個重要點是，操作系統不是一個單一的實體。相反，它是由軟件層組成的。

操作系統內核

操作系統的內核負責與計算機的硬件進行通信。軟件將其命令傳遞給內核，內核又向硬件發出命令（例如）從硬盤讀取文件，或在屏幕上繪製窗口。它基本上協調了硬件和各種軟件之間的所有信息（無論是存儲的數據、計算還是用戶輸入）。內核通過系統調用將所有這些功能提供給軟件。

每個操作系統的內核都會實現不同的系統調用，包括哪些系統調用可用、調用什麼或選擇什麼。因此，軟件需要考慮到它所針對的每個操作系統的內核所支持的系統調用。在Linux中用於向GPU發送數據的系統調用可能有不同的名稱、需要提供的信息列表，或者在Windows中兩者都有。這個確切的電話可能根本就不存在。

系統庫

在許多情況下，軟件不會直接調用內核。相反，它調用系統庫或基本函數的集合。庫的存在使得（例如）每一個將文件保存到硬盤的程序都不需要編寫函數。相反，它只是鏈接到系統庫並使用現有函數。GLibC library for Linux就是一個很好的例子，win32api中的.DLL文件或Mac的/System/library目錄的內容也是一個很好的例子。

系統庫充當應用程序和內核之間的一種轉換器，用於執行例行任務。應用程序對這些庫進行函數調用，這些庫處理許多低級細節。為了方便起見，它們還可以對內核進行系統調用。正如您可能已經猜到的，這意味著這些庫是為特定的內核編寫的，因此不能跨具有不同內核的操作系統使用。

操作系統執行頭

通用軟件的最後一個障礙是操作系統可執行文件的格式。操作系統希望它運行的文件遵循特定的二進制文件格式。例如，在Linux和FreeBSD等操作系統上運行的可執行和可鏈接格式（ELF）文件必須以特定字節指定文件的某些屬性，如下圖所示。

顯示的應用程序二進制接口（ABI）特別重要。ABI是處理器、內核和系統庫中可用調用的組合，它類似於應用程序編程接口（API），因為它定義了兩個程序如何相互通信。但是API是程序員（人類）在源代碼中用來表示兩個軟件應該相互通信的東西。ABI實際上允許他們在軟件編譯和運行後這樣做。每個操作系統都實現一個特定的ABI，在同一操作系統的不同版本之間，ABI可能會改變，也可能不會改變。

一般來說，操作系統實現自己的ABI，這是由處理器類型、內核和任何標準系統庫的組合決定的。但有時一個操作系統會實現不止一個。例如，FreeBSD支持Linux二進制文件，因為它提供了一個Linux ABI作為FreeBSD內核（而不是Linux內核）的附加組件。這與VMWare或VirtualBox等virtualizatiton程序不同，後者使用軟件模擬整個機器（硬件和所有）。因此，這種類型的ABI兼容性更快，但維護起來更費勁。這就是為什麼它是罕見的，儘管微軟最近看到了它的價值。

例外：解釋軟件

基於以上我們瞭解到，開發人員只為一種類型的目標系統編寫軟件。有許多應用程序，你可以下載並在Mac上運行，然後在Windows上覆制並運行，甚至可以再次複製並在Linux上運行而不出問題。這怎麼可能？

我一直在撒謊嗎？

事實證明，有一類軟件表面上看起來就像“無處不在”。你可以下載並在任何支持的平臺上運行它——關鍵詞是“支持”。事實上，你下載的是應用程序的源代碼，而另一個應用程序（解釋器）則直接實時運行源代碼。這有點過於簡單化了，所以讓我們來看看這是如何在兩種語言中工作的。

java

當Java第一次發佈時，它的承諾是（字面意思是）“只寫一次，在任何地方運行”，其思想是通過使用Java函數來創建應用程序，這些函數用於保存文件、進行計算或創建應用程序窗口。然後，每個支持的計算機平臺的Java運行時環境（JRE）將運行代碼，並將這些代碼轉換為本機OS函數。那麼，Java的訣竅就是它不會“直接”在操作系統上運行。它運行在JRE的一個稱為Java虛擬機的部分中，這就是在操作系統上運行的部分。

通過在應用程序和操作系統之間**這個附加的軟件層，Java允許您關注一組跨操作系統相同的功能。您可以告訴Java您想做什麼，讓系統的JVM擔心如何真正做到這一點。下圖顯示了這一點，JIDE軟件的Java桌面應用程序框架為Mac（上圖）、Windows（左中）、pure Java（右中）和Linux（下圖）顯示了相同的應用程序。

Java程序不能精確地實時“編譯”自己。相反，Java編譯器將把它們轉換成“字節碼”，你可以把字節碼看作是一個半生不熟的程序。當開發人員發佈應用程序時，會盡可能多地編譯它，而不知道它將在哪個操作系統上運行。當您實際啟動它時，JVM將“烘焙它的剩餘部分”，以適應特定於主機操作系統的功能。

python

一種流行的解釋語言是Python。當您運行Python腳本時，Python解釋器將代碼轉換為操作系統的指令。它的功能也可以類似於Java：當您從應用程序外部“導入”代碼時，它會在第一次運行時編譯為字節碼。然後解釋器將知道，在隨後的運行中，原始代碼是否已更改，此時它將重新編譯為新的字節碼。

這種“按需”運行的一個很酷的副產品是，您可以使用解釋器以交互方式開發腳本。只需在命令行中鍵入“python”，就可以啟動解釋器，並且可以立即運行代碼並查看結果。

這意味著開發人員可以“實時”地進行操作和調整，然後，一旦一行代碼做了他們想做的事情，就將其複製並粘貼到腳本文件中（這比非解釋語言程序員必須做的“代碼編譯測試”循環要高效得多）。

即使軟件是一樣的，也可能不是

不幸的是，對於用戶來說，科技行業還沒有開發出真正的“通用”格式。它可能永遠不會這樣做。引入這些類型的標準通常會產生一個“最小公分母”的解決方案，為了得到每個人的認可而做出讓步。

你怎麼認為？你願意擁有通用的兼容軟件嗎，即使這意味著它沒有那麼好？或者你對你使用的操作系統還滿意，對其他平臺的應用程序不感興趣？請在下面的評論中告訴我們！

圖片來源：首席生產官/Shutterstock