64位环境中.net framework的运行机制探讨

最近在编写.net应用程序时，发现某些平台下无法加载SQLite DLL的问题。

症状表现为：

a. 本地Windows 7/8 64bit开发环境完全正常。
b. 某些Windows 7 64bit用户的计算机无法加载System.Data.SQLite.DLL。
c. 极个别Windows XP的计算机无法加载该DLL。

无法加载DLL时，均报BadImageFormatException异常，甚至直接被Windows关闭而无法采集异常信息。奇怪的是在当前目录包含了这个DLL文件，所以理应能成功加载才是。

由于各种场景的组合在一起，一时很难判断问题出于何处。起初笔者努力尝试各种方法试图在本机重现，也均告失败。在偶然的机会，笔者删除了本机所有与SQLite相关的组件，问题成功重现。

绝望之中燃起了一点希望。我发现自己曾经安装了三个与SQLite相关的组件：

SQLite-1.0.66.0-setup.exe
sqlite-netFx35-setup-bundle-x64-2008-1.0.82.0.exe
sqlite-netFx35-setup-bundle-x86-2008-1.0.82.0.exe

反复多次后确认了以下内容：

SQLite-1.0.66.0-setup.exe - 无效果
sqlite-netFx35-setup-bundle-x86-2008-1.0.82.0.exe - 无效果
sqlite-netFx35-setup-bundle-x64-2008-1.0.82.0.exe - 成功

看来，用户系统上没有sqlite-netFx35-setup-bundle-x64-2008-1.0.82.0.exe，所以导致运行失败。经仔细检查，这个包在系统GAC中安装了64位DLL，而之前我发布的目录中包含的是32位DLL文件。一切真相大白，将64位版本与32位版本分开发布，问题解决！

到这里，本该可以松口气了，但我心中仍然充满疑惑：

(1) 在64位系统上，我的.net应用到底算是32位的还是64位的？

(2) 32位应用程序照理可以在64位系统上正常运行，为什么当前目录的DLL没有加载成功？

(3) 为何以前调用的第三方DLL从没有发生32/64位的问题，只有这个DLL如此特别？

(4) .net的加载DLL的顺序是什么，到底以哪个优先？

经过一番认真的Google，上述迷团一一破解。

(1) 在64位系统上，.net程序是通常以64位程序运行的。Windows不会启用Wow。这可以从任务管理器中看到（在64位系统中运行的32位程序将以*32或“32位”标记）。

然后事情并非还如此简单。.net程序目前有以下几种处理器架构：

Any CPU(处理器无关的纯MSIL代码)
x64(仅64位处理器，又称AMD64)
x86(仅32位处理器)
IA64(仅IA64位处理器)

之前所说的“通常”，即指Any CPU。这样的程序在32位系统上以32位模式运行，在64位系统上以64位模式运行。这时，而标识为特定处理器的，只能在相应的模式上运行。

更详细地，使用corflags工具可以看到以下信息：

D:\Lib\x64\>corflags System.Data.SQLite.DLL  
Microsoft (R) .NET Framework CorFlags Conversion Tool.  Version  2.0.50727.42  
Copyright (c) Microsoft Corporation.  All rights reserved.  
  
Version   : v2.0.50727  
CLR Header: 2.5  
PE        : PE32+  
CorFlags  : 24  
ILONLY    : 0  
32BIT     : 0  
Signed    : 1 

D:\Lib\x86\>corflags System.Data.SQLite.DLL  
Microsoft (R) .NET Framework CorFlags Conversion Tool.  Version  2.0.50727.42  
Copyright (c) Microsoft Corporation.  All rights reserved.  
  
Version   : v2.0.50727  
CLR Header: 2.5  
PE        : PE32  
CorFlags  : 24  
ILONLY    : 0  
32BIT     : 0  
Signed    : 1

ILONLY: 在映像中是否只包含了IL代码。1表示纯IL代码，0表示包含了Native代码。
32BIT: 即使是纯IL代码，在32位与64位环境中运行还是有区别的。这个标记用于区分x86与Any CPU。
PE: 32位为PE32，64位为PE32+。这个用于区分32位与64位映象。

Any CPU:PE = PE32  and 32BIT = 0
x86:    PE = PE32  and 32BIT = 1
x64:    PE = PE32+ and 32BIT = 0

由于之前我们试图在64位进程上加载的32位DLL，其ILONLY=0，即包含平台相关代码，因此无法加载而抛出错误。【注：通过现象推测，需要跟踪.net Framework代码证实】

(2) 这个问题通过上述剖析，已经很清楚了。要说明的是，如果想绕过64位DLL带来的麻烦，将主程序也编译成x86而不是Any CPU，也是可以在64位系统上运行的。这时，操作系统将启用Wow模式启动这个进程。

(3) 这个SQLite的DLL混合了IL和Native代码，必须严格地对应平台调用。

(4) .net加载程序集的顺序：

1、 在GAC(Global Assembly Cache)中搜索相应版本的DLL；
2、 配置文件(web.config或app.config)；
3、 应用程序(.exe)当前目录下；

但事实上有可能比这个顺序更为复杂，详见：
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa720133.aspx 及参考文献7。

之前，在我开发环境中，由于本地GAC中已经包含了正确的x64版本，所以能正确运行。但复制到别人的64位机器上时就出问题了。而有些XP机器上安装了错误的小版本，因此也出现加载失败的现象。

最后，补充说明一下GAC的位置：\Windows\assembly。使用“我的电脑”打开这个目录时，看到的是所有.net全局程序集的列表，这是Windows特殊处理后的结果。只有通过命令行才能看到这个目录中分成了GAC_32, GAC_64, GAC_MSIL等几个子目录。这几个目录正是前文所述不同处理器架构的几种DLL。

补充：
关于之前[c]的问题的解决方案：
后来发现，System.Data.SQLite.DLL版本1.0.66均能正常工作，但1.0.82在某些Windows XP上无法工作。由于官方网站对1.0.82的解释大多关注在x86与x64的区别，我一度仍然以为是处理器架构造成的。最后，通过depends工具查看发现，1.0.82版的DLL引用了MSVCR90.DLL。而出问题的机器上未安装VC2008 Runtime，自然无法找到该DLL了。

解决的办法有两个：使用1.0.66版，或在XP上安装VC2008运行包：
http://www.microsoft.com/zh-cn/download/details.aspx?id=29

由于之前对64位平台应用的理解有限，文中很多内容通过实验推测，有可能和Microsoft官方表述有不一致或者错误的地方。欢迎大家指正！

参考文献：

1、http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/dd727509.aspx
2、http://blogs.msdn.com/b/gauravseth/archive/2006/03/07/545104.aspx
3、http://blogs.msdn.com/b/junfeng/archive/2004/08/11/212555.aspx
4、http://blogs.msdn.com/b/junfeng/archive/2004/09/12/228635.aspx
5、http://blog.csdn.net/cstod/article/details/4887049
6、http://stackoverflow.com/questions/6507675/gac-32bit-vs-64bit
7、http://blog.csdn.net/wangjunhe/article/details/6692194