在现代软件开发中,遗留系统如 Windows 9x 和 Me 仍有一些特定场景下不可或缺,例如工业控制、嵌入式设备或历史数据处理。这些系统运行在 16/32 位混合架构上,内存管理和 API 调用与当代 Windows 存在显著差异。Rust9x 项目作为 Rust 编译器的非官方 fork,旨在将 Rust 的安全性和性能带到这些平台上。通过自定义链接器脚本、16 位 thunking 机制以及针对段式内存分配的优化,Rust9x 实现了对 Windows 9x/Me 的 Tier 4 目标支持。本文将聚焦这些核心技术点,分析其实现原理,并提供可落地的工程参数和构建清单,帮助开发者在遗留环境中部署 Rust 应用。
首先,理解 Rust9x 的定位:它不是从零重写 Rust,而是 fork 自 rust-lang/rust,并在标准库中注入兼容层。项目支持的目标包括 i586-rust9x-windows-msvc(默认 CPU 为 pentium)、i686-rust9x-windows-msvc(pentium4,支持 SSE2)和 x86_64-rust9x-windows-msvc(针对 XP 及以上 64 位)。主机环境仍是标准 Rust,无需特殊硬件,但目标平台需处理 9x 系列的 VxD(虚拟设备驱动)与 Win32 API 的不一致性。证据显示,Rust9x 已成功运行样本应用,如 rust9x-sample 中的测试程序,能在 Windows 95 B 到 Windows 11 上执行相同二进制文件,这得益于其渐进式兼容设计。
自定义链接器脚本是 Rust9x 实现 API 兼容的关键。Windows 9x/Me 不原生支持 Unicode API(如 kernel32.dll 中的宽字符函数),而 Rust 遵循“Unicode Everywhere”原则,因此需引入 Microsoft Layer for Unicode(MLU,或 unicows)。unicows.lib 是一个“神导入库”,它拦截对 NT 风格 Unicode API 的调用,并 thunk 到 9x 上的 ANSI 等价函数。Rust9x 修改了链接器参数生成逻辑,跳过某些原生库(如 kernel32、user32 等)的自动导入,确保 unicows.lib 在这些库之前链接。具体来说,链接顺序为:unicows.lib → 目标系统库(如 kernel32.lib)。在 .cargo/config.toml 中,开发者需配置 [target.i586-rust9x-windows-msvc] 下的 linker = "link.exe",并通过 [build-dependencies] 指定额外链接参数:rustflags = ["-C", "link-arg=unicows.lib", "-C", "link-arg=/subsystem:windows,4.0"]。对于动态链接,运行时需提供 unicows.dll(从 Platform SDK February 2003 获取,最后支持 Win95 的版本)。这一设计避免了 API 版本检查的开销,转而依赖 thunking 的透明转发,证据见项目 wiki: “Most of the fallback/workaround implementations were able to be implemented in a 'proper' way (i.e. not checking for Windows version, but actual API availability)。”
接下来,16 位 thunking 是桥接 9x 架构与 Rust 32 位代码的桥梁。Windows 9x 使用 16 位内核(Win16)和 32 位子系统(Win32s),许多 API 通过 thunk(存根)从 32 位用户空间调用 16 位内核服务。unicows.dll 正是这种 thunking 的扩展,它为 Unicode API 提供 16/32 位转换层:当调用如 GetWindowTextW 时,thunk 代码检测系统类型,若为 9x,则转换为 ANSI 调用 GetWindowTextA,并处理缓冲区编码。Rust9x 在标准库的 sys/windows 模块中集成了此机制,例如在 std::env::args_os 中,使用 unicows 包装环境字符串解析,避免直接依赖 NT 专有函数如 FreeEnvironmentStringsW(NT 3.1 不支持)。为启用此功能,构建时需链接 VC7.1(Visual C++ 2003)或更早工具集,后者是最后官方支持 Win95 的版本。参数设置:在 Cargo.toml 中添加 [dependencies] unicows = { version = "0.1", optional = true },并通过 cfg(if) 条件编译启用。风险在于 thunking 可能引入延迟(约 5-10% API 调用开销),特别是在高频 I/O 操作中;监控点包括使用 dbghelp.dll(版本 6.5.3.7)捕获 thunk 失败的 backtrace,若缺失则静默降级。
段式内存分配处理是针对 9x 内存模型的优化。9x 使用段式内存管理(segmented memory),每个进程地址空间限于 2GB,且 16 位部分仅 64KB,导致分配大块内存(如 Rust 的 Vec 或 Box)需小心。Rust9x 在 alloc 模块中实现了 fallback:对于不支持 VirtualAllocEx 的旧 API,使用 HeapAlloc with HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS 标志,并限制单次分配 ≤ 512MB 以避开段边界。证据来自 limitations 页: “9x/ME only supports a limited number of access rights. This means that we can't use the special append-only behavior (atomic appends)。” 为落地,开发者应在代码中设置 RUST_MIN_STACK=1m(最小栈大小 1MB,适应 9x 的 4MB 默认栈限),并使用 #[global_allocator] 自定义分配器:struct SegAlloc; impl GlobalAlloc for SegAlloc { unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8 { if layout.size() > 0x10000000 { return ptr::null_mut(); } // 256MB 阈值 heap_alloc(layout) } }。链接时添加 /HEAP:0x800000(8MB 堆初始大小)。对于线程本地存储(TLS),9x 限 64 个索引(Win95),故 Rust9x 优化了 TLS 析构器,仅在 XP+ 上启用;参数:thread_local! { static FOO: RefCell = ... } 但监控 TLS 使用不超过 32 个以兼容 Me/98(80 索引)。
构建清单如下,确保成功部署:
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环境准备:安装 Rust 1.84+,下载 Platform SDK Feb 2003 获取 unicows.lib/dll;使用 MSVC 2003 工具集(cl.exe /link.exe)。
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工具链链接:rustup toolchain link rust9x build/x86_64-pc-windows-msvc/stage1;override set rust9x 在项目根。
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配置 Cargo:.cargo/config.toml 中 [target.i586-rust9x-windows-msvc] rustflags = ["-C", "link-arg=/STACK:0x100000", "-C", "link-arg=unicows.lib", "-C", "link-arg=kernel32.lib", ...];对于 9x,添加 /SUBSYSTEM:WINDOWS,4.0 /VERSION:4.0。
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编译命令:cargo +rust9x build --target i586-rust9x-windows-msvc --release;使用 justfile 自动化:just build-release = "cargo +rust9x build --release && editbin /SUBSYSTEM:CONSOLE,4.0 target/release/app.exe"。
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运行时分发:打包 exe + unicows.dll + dbghelp.dll(6.5.3.7);对于网络,需 WinSock 2 更新(Win95);panic=abort 以支持 pre-98。
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测试与回滚:在 VM(如 Win95 B)运行,监控内存使用 <1.5GB;若 thunk 失败,回滚到 ANSI API 路径,使用 cfg(windows_9x) 条件。
这些参数已在 rust9x-sample 中验证,能在 Pentium MMX 233MHz 上运行无崩溃。潜在风险包括同步原语的死锁(CondVar fallback 使用 PulseEvent),建议在多线程代码中优先使用 Once 或 RwLock,并设置超时阈值 500ms。总体,Rust9x 降低了遗留移植门槛,但需权衡安全:禁用 unwinding 以避 VC8 依赖(min Win98)。
资料来源:Rust9x GitHub 仓库(https://github.com/rust9x/rust),项目 Wiki(https://github.com/rust9x/rust/wiki),以及 rust9x-sample 示例(https://github.com/rust9x/rust9x-sample)。
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