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[[Datei:Apple-Universal-binary-logo.png|mini|hochkant=0.4|Apples Logo für ''Universal Binary'']]
'''{{lang|en|Universal Binaries}}''' (auf Deutsch in etwa ''universelle Binärdateien''), oft abgekürzt mit '''UB''', sind im [[Apple]]-Jargon [[ausführbare Datei]]en (d. h. [[Computerprogramm|Programme]]), die nativ ausführbare [[Maschinensprache]] für mehr als eine [[Prozessorarchitektur]] enthalten. Apple hat ''{{lang|en|Universal Binaries}}'' bei der Umstellung von [[PowerPC]]- auf Intel-[[x86-Prozessor|x86]]-Prozessoren ab 2005 verwendet. Die Technik wurde zudem in [[Xcode]] integriert, damit erstellte und entsprechend [[Compiler|kompilierte]] Applikationen konnten nativ sowohl auf PowerPC- als auch auf Intel-[[Macintosh|Macs]] laufen. Bei der Umstellung von Intel auf [[Arm-Architektur|Arm]] seit 2020 wird mit ''{{lang|en|Universal Binary}} 2'' dieselbe Technik noch einmal verwendet und ebenfalls in Xcode integriert.

== Geschichte ==
''{{lang|en|Universal Binaries}}'' basieren auf dem mit [[Mach (Kernel)|MACH]] Mitte der 1980er Jahre entworfenen [[Mach-O]]-[[Binärdatei|Binärformat]]. Unter [[OPENSTEP|NeXTStep]], ab 1987 auf der Basis von Mach Version 2 entwickelt, wurde das Format auf die vom [[Betriebssystem]] (ab NeXTStep 3.1 von 1993) unterstützten Architekturen [[Motorola-68000er-Familie|m68k]], [[IA-32]] „i386“ (32-Bit-[[x86-Prozessor|x86]]), [[PA-RISC]] und [[SPARC-Architektur|SPARC]] erweitert und ''{{lang|en|Multi-Architecture Binaries}}'' genannt.

Auch Apple hatte ab 1994 bereits eine Umstellung der Prozessorarchitektur unter dem Betriebssystem [[System 7]] von der m68k auf die PowerPC-Architektur durchgeführt und dabei mit ''{{lang|en|Fat Binaries}}'' ein ähnliches Konzept umgesetzt. Das verwendete Binärformat ist jedoch nicht mit dem von Mach-O verwandt.

Apple erwarb 1997 NeXT samt dem von NeXTSTEP in [[OPENSTEP]] umbenannten Mach-Betriebssystem und portierte es im Project [[Rhapsody (Betriebssystem)|Rhapsody]] auf die von Apple damals genutzte PowerPC-Plattform. Rhapsody hätte das [[Mac OS (Classic)|klassische Mac OS]] vollständig ersetzen sollen, war jedoch ein vollkommen anderes Betriebssystem und mit bestehenden [[Mac OS (Apple)|Mac-OS]]-Programmen nicht kompatibel. Als Rhapsody von den Herstellern wichtiger Anwendungssoftware nicht angenommen wurde, portierte Apple große Teile der Mac-OS-[[Programmierschnittstelle]] unter dem Namen [[Carbon (Apple)|Carbon]] auf das nun von Rhapsody in [[macOS|Mac OS X]] umbenannte neue Betriebssystem. Das Mach-O-Format besteht seither mit Mac OS X weiter, wurde anfangs jedoch nur mehr für eine einzige Architektur verwendet: die PowerPC-Architektur.

2005, mit der Umstellung von der PowerPC- auf die [[IA-32]]-Architektur, griff Apple die ohnehin noch vorhandene Technik der ''{{lang|en|Multi-Architecture Binaries}}'' wieder auf: Auf der {{lang|en|[[Worldwide Developers Conference]]}} (WWDC) wurde es, umbenannt in ''{{lang|en|Universal Binaries}}'', der Öffentlichkeit vorgestellt. Apple integrierte die Technik in die eigene Entwicklungsumgebung [[Xcode]], um es den Entwicklern von Anwendungsprogrammen zu erleichtern, nativen Binärcode für beide Architekturen in ihre Softwareprodukte zu integrieren. In diesem Zuge war es auch möglich, sowohl 32- als auch 64-Bit-Binärcode für dieselbe Architektur in einem ''{{lang|en|Universal Binary}}'' unterzubringen, also sowohl 32-Bit- und 64-Bit-x86 als auch 32-Bit- und 64-Bit-PowerPC. Nach dem erfolgten Übergang auf IA-32 (32-Bit-x86) bzw. x64 (64-Bit-x86) wurde die Unterstützung für PowerPC/x86-{{lang|en|Universal-Binaries}} wieder aus Xcode entfernt. [[iOS (Betriebssystem)|iOS]] unterstützt ''{{lang|en|Universal Binaries}}'' ebenfalls, wodurch [[Mobile App]]s für verschiedene [[Arm-Architektur]]en ermöglicht werden.

== Umsetzung ==
Um ''{{lang|en|Universal Binaries}}'' zu verwenden, muss der [[Kernel (Betriebssystem)|Kernel]] eines Betriebssystems mit dem von NeXT erweiterten Mach-O-Binärformat umgehen können. Gegenüber dem einfachen Mach-O-Format sind ''{{lang|en|Multi-Architecture Binaries}}'' in einander gekapselte Mach-O-Dateien, mit zusätzlichen [[Metadaten]]. Die Header-Struktur von Mach-O selbst wurde dabei nicht verändert, aber um zusätzliche Flags erweitert:<ref>{{Internetquelle |autor=William Woodruff |url=https://yossarian.net/res/pub/macho-internals/macho-internals.pdf |titel=Mach-O Internals |seiten=12 |datum=2016-02-10 |format=PDF; 307 KB |sprache=en |abruf=2020-07-14 |abruf-verborgen=ja}}</ref>
* Architektur-{{lang|en|Magic}}-Nummern
** <code>MH_MAGIC</code> repräsentiert Binärcode in Big-Endian-[[Byte-Reihenfolge]] in [[32-Bit-Architektur|32-Bit]]
** <code>MH_CIGAM</code> steht für Binärcode in Little-Endian-Byte-Reihenfolge in 32-Bit
** <code>MH_MAGIC_64</code> repräsentiert Binärcode in Big-Endian-Byte-Reihenfolge in [[64-Bit-Architektur|64-Bit]]
** <code>MH_CIGAM_64</code> steht für Binärcode in Little-Endian-Byte-Reihenfolge in 64-Bit
* CPU-Typ, beispielsweise:
** <code>CPU_TYPE_POWERPC</code> für 32-Bit-PowerPC
** <code>CPU_TYPE_POWERPC64</code> für 64-Bit-PowerPC
** <code>CPU_TYPE_I386</code> für 32-Bit-[[x86-Prozessor|x86]] bzw. 32-Bit-IA-32 (ab dem [[Intel 80386]], darum i386)
** <code>CPU_TYPE_X86_64</code> für 64-Bit-x86 bzw. [[x64]] (auch x86-64, 64-Bit-IA-32)
** <code>CPU_TYPE_ARM64</code> für die 64-Bit-[[ARM-Architektur]] (auch arm64e)

Eine ''{{lang|en|Universal Binary}}'' wird beim Ausführen vom [[Betriebssystem]] als solche an ihrem Header erkannt, wodurch das Betriebssystem anschließend anhand der vorhandenen Architektur den jeweiligen ausführbaren Code abarbeiten kann. Noch heute enthalten [[Open Source|Open-Source]]-Bestandteile von macOS Hinweise auf m68k, SPARC und weitere CPUs. 2020 wurden 17 verschiedene Architekturen gezählt.<ref name="heiseonline_4842217">{{Heise online |ID=4842217 |Titel=macOS: Universal Binaries mit ARM, Intel und PowerPC |Autor=Ben Schwan |Datum=2020-07-14 |Abruf=2020-07-14}}</ref>

Dieser Vorgang ermöglicht es nun, eine Anwendung sowohl auf einem Apple [[Computer]] mit PowerPC- als auch mit Intel-Architektur (''{{lang|en|Universal Binary}}'' von 2005) oder mit Intel- als auch mit ARM-Architektur (''{{lang|en|Universal Binary}}'' von 2020) ohne Geschwindigkeitsverlust auszuführen.

== Technisches ==
Realisiert werden Universal Binaries über das Binärformat [[Mach-O]], das im Gegensatz zum [[Executable and Linking Format|ELF-Format]], welches unter Linux und anderen unixähnlichen Betriebssystemen verbreitet ist, Binärcode für mehrere Architekturen enthalten kann. Mit dem Tool <code>lipo</code><ref>[http://www.opensource.apple.com/source/cctools/cctools-590/man/lipo.1 lipo.1] [[manpage]] im [[Quelltext]] (englisch), abgerufen am 21. Juli 2015</ref> aus [[Xcode]] und <code>objdump</code><ref>[https://sourceware.org/binutils/docs/binutils/objdump.html objdump(1)] manpage (englisch), abgerufen am 21. Juli 2015</ref> aus den [[GNU]] Binutils kann man die Binärcodes eines Universal Binaries auslesen. Auch <code>[[file]]</code><ref>[https://developer.apple.com/library/mac/documentation/Darwin/Reference/ManPages/man1/file.1.html file(1)] manpage (englisch), abgerufen am 21. Juli 2015</ref> gibt einen Überblick über die enthaltenen Architekturen.

Der universale [[Safari (Browser)|Safari]]-[[Webbrowser]] enthielt (ca. 2005/2006) sowohl Code für Intel (<code>i386</code>) als auch für PowerPC (<code>powerpc:common</code>). „<code>mach-o-le</code>“ und „<code>mach-o-be</code>“ stehen für die [[Byte-Reihenfolge]]n ''Little Endian'' und ''Big Endian''.

[[Prompt|$]] objdump -f /Applications/Safari.app/Contents/MacOS/Safari
In archive /Applications/Safari.app/Contents/MacOS/Safari:

/Applications/Safari.app/Contents/MacOS/Safari: file format mach-o-le
architecture: i386, flags 0x000001ff:
HAS_RELOC, EXEC_P, HAS_LINENO, HAS_DEBUG, HAS_SYMS, HAS_LOCALS, DYNAMIC, WP_TEXT, D_PAGED
start address 0x0000000000000000

/Applications/Safari.app/Contents/MacOS/Safari: file format mach-o-be
architecture: powerpc:common, flags 0x000001ff:
HAS_RELOC, EXEC_P, HAS_LINENO, HAS_DEBUG, HAS_SYMS, HAS_LOCALS, DYNAMIC, WP_TEXT, D_PAGED
start address 0x0000000000061830

Es gibt auch Programme, die in zwei getrennten Versionen (Intel-Binary und PPC-Binary) angeboten werden, hier muss man sich (sofern man nicht doppelt herunterladen möchte) bereits beim Herunterladen für die richtige Datei entscheiden, was jedoch den Vorteil kleinerer Dateien hat.

Bei Programmen für nur eine Architektur wird entsprechend nur ein Binärcode angezeigt:

[[Prompt|$]] objdump -f /Applications/VLC.app/Contents/MacOS/VLC

/Applications/VLC.app/Contents/MacOS/VLC: file format mach-o-le
architecture: i386, flags 0x000001ff:
HAS_RELOC, EXEC_P, HAS_LINENO, HAS_DEBUG, HAS_SYMS, HAS_LOCALS, DYNAMIC, WP_TEXT, D_PAGED
start address 0x0000000000000000

Ohne zusätzliche Programme lässt sich der Binärcode mit dem Befehl <code>[[file]]</code> auslesen, also für das obige Beispiel Safari: <code>file /Applications/Safari.app/Contents/MacOS/Safari</code>.

== „Klassische“ Fat Binaries ==
Schon beim Wechsel von der Motorola-[[Motorola 68000er-Familie|68k]]- auf die [[PowerPC]]-Prozessorarchitektur verwendete Apple das Konzept, in derselben Datei Code für mehrere Prozessoren unterzubringen. Damals wurde der Begriff [[Fat Binary]] verwendet. Realisiert wurde dies unter [[Mac OS (Classic)|klassischem Mac OS]] jedoch nicht als Mach-O-Datei, sondern als das eigentlich modernere [[Preferred Executable Format|PEF]]-Dateiformat ([[Preferred Executable Format]]). Dabei lag der m68k-Code in der ''resource fork'' und der PowerPC-Code in der ''data fork''.

== Trivia ==
Theoretisch ist es möglich, weit mehr als zwei Architekturen in eine sogenannte Super-''{{lang|en|Universal Binary}}'' zu packen, sodass das resultierende Programm anschließend auf zahlreichen Architekturen nativ lauffähig ist.<ref name="heiseonline_4842217" /> Praktisch wurde das z. B. bei der Umstellung von PowerPC auf Intel für bis zu vier Architekturen umgesetzt.<ref>[https://nuclearpixel.com/blog/2010-05-17_lame_3.98.4_universal_for_mac_osx_10.5/ LAME 3.98.4 Universal for Mac OSX 10.5] (englisch) – [[LAME]] als Beispiel für eine ''{{lang|en|Universal Binary}}'' für vier Architekturen: PowerPC, PowerPC64, i386 und x86-64</ref>

== Weblinks ==
* Apple: [https://www.apple.com/de/universal/ „Universal Programme“]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Binärformat]]
[[Kategorie:MacOS-Software]]

Universal Binary - Versionsgeschichte

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