File EXE: l’importanza degli eseguibili di Windows

I file EXE (abbreviazione di “executable”) sono un formato di file eseguibile che ha giocato un ruolo centrale nei sistemi operativi Microsoft sin dai tempi del MS-DOS. Questi file contengono codice compilato che può essere eseguito direttamente dal sistema operativo, rendendoli un mezzo per distribuire applicazioni e software.

Le origini: il DOS e i file COM, gli “antenati” degli eseguibili

Prima dell’avvento dei file EXE, il MS-DOS utilizzava un formato chiamato COM; i file COM erano file binari molto semplici, limitati a una dimensione massima di 64 KB, e contenevano direttamente il codice macchina da eseguir e con l’evoluzione dell’hardware e la complessità crescente dei software, si rese necessaria una maggiore flessibilità nella gestione della memoria e delle risorse.

Nel 1981, con il rilascio del MS-DOS 2.0, vennero introdotti i file EXE, un formato molto più avanzato che poteva superare i limiti di memoria imposti dai file COM e supportava funzionalità come la segmentazione della memoria e la gestione dei simboli di debug e questo permetteva la creazione di programmi più complessi e strutturati.

I file EXE nelle prime versioni di Windows

Con l’introduzione di Windows 1.0 nel 1985, i file EXE divennero essenziali per il funzionamento del sistema operativo e per le applicazioni e anche se Windows 1.0 era tecnicamente un’interfaccia grafica per MS-DOS, i programmi scritti per Windows utilizzavano il formato EXE, ma con alcune estensioni specifiche per supportare la grafica e la gestione delle finestre.

Un elemento chiave dei file EXE di Windows è la struttura interna detta header EXE, che contiene informazioni cruciali per il sistema operativo, come il punto di ingresso del programma, la quantità di memoria richiesta, e la mappa delle risorse; questo header permetteva al sistema di caricare in modo efficiente le applicazioni nella memoria e di gestire le loro risorse.

Con Windows 3.x e il supporto a 16-bit, e successivamente con Windows 95 e il passaggio ai 32-bit, il formato EXE continuò a evolversi; questi miglioramenti permisero l’introduzione del multitasking preemptive, della gestione della memoria virtuale e di una più efficiente gestione dei thread e dei processi.

L’utilità di un file .EXE

Un file EXE è essenziale perché consente di eseguire direttamente un’applicazione senza la necessità di interpreti o compilatori esterni; a differenza di formati come i file di script (.bat, .sh) che richiedono un interprete, un file EXE contiene codice binario già compilato, pronto per l’esecuzione.

L’utilità principale del file EXE risiede nel fatto che è autonomo: può contenere tutte le istruzioni necessarie per il funzionamento di un programma, comprese le risorse grafiche, i dati incorporati, e le routine di gestione delle finestre; oltretutto il file eseguibile può interagire direttamente con le risorse del sistema operativo, come la memoria, il file system, e l’hardware.

Spiegazione tecnica dei file EXE

I file EXE sono progettati per contenere codice binario compilato che può essere eseguito direttamente dal processore di un computer; tecnicamente, un file EXE è suddiviso in diverse sezioni che permettono al sistema operativo di gestirne l’esecuzione e tra le sezioni principali si trovano:

1. Header (intestazione): Ogni file EXE inizia con un’intestazione che fornisce informazioni importanti al sistema operativo su come caricare il file in memoria. L’header contiene:
   • Signature (firma): I file EXE moderni iniziano con una firma magica (tipicamente “MZ”, in omaggio a Mark Zbikowski, uno degli ingegneri di Microsoft), che identifica il file come eseguibile.
   • Punto di ingresso (entry point): Specifica l’indirizzo di memoria dove l’esecuzione del codice deve iniziare. Questo è il punto da cui il sistema operativo inizia a eseguire il programma.
   • Dimensioni del file e posizionamento delle sezioni: Dati cruciali per la corretta gestione della memoria e la segmentazione del programma.
2. Sezioni: Dopo l’header, il file EXE è suddiviso in diverse sezioni che contengono istruzioni e dati necessari per il funzionamento del programma:
   • .text: Questa sezione contiene il codice eseguibile vero e proprio, ossia le istruzioni macchina che il processore esegue.
   • .data: Qui sono memorizzati i dati statici e variabili globali del programma, come stringhe, valori numerici, o array.
   • .rdata: Contiene dati di sola lettura, ad esempio puntatori a stringhe o altre costanti.
   • .bss: Questa sezione riserva spazio per dati non inizializzati, come le variabili locali o globali che non hanno ancora ricevuto un valore.
   • .rsrc: Questa sezione è dedicata alle risorse, come immagini, suoni, o finestre dell’interfaccia utente che il programma utilizza durante l’esecuzione.
3. Linker e relocations: I file EXE moderni utilizzano un processo chiamato linking, che collega tra loro più file oggetto (generati dal compilatore) per creare un singolo eseguibile. Durante il caricamento in memoria, le relocations aiutano a correggere gli indirizzi di memoria relativi nel caso in cui il file EXE venga caricato in una posizione diversa da quella originariamente prevista.
4. Dynamic Link Libraries (DLL): Molti file EXE si appoggiano a librerie esterne condivise, come le DLL. Queste librerie contengono funzioni che possono essere richiamate dall’eseguibile senza essere incluse direttamente al suo interno, permettendo un risparmio di spazio e una migliore modularità. Durante l’esecuzione, il sistema carica le DLL necessarie e risolve i simboli delle funzioni richieste.
5. Entrypoint: Quando un utente avvia un file EXE, il sistema operativo carica il file in memoria, lo segmenta in base alle sezioni descritte sopra, e trasferisce il controllo al punto di ingresso specificato nell’header. Da quel punto in poi, il processore esegue le istruzioni del programma, passando da una funzione all’altra come specificato nel codice.

Questi elementi lavorano insieme per garantire che un file EXE possa essere caricato ed eseguito correttamente in un ambiente Windows.

Altri utilizzi all’infuori del mondo Microsoft

Sebbene i file EXE siano nati nel contesto di MS-DOS e Windows, hanno trovato applicazioni anche al di fuori del mondo Microsoft, grazie a software di compatibilità come Wine (acronimo di “Wine Is Not an Emulator”).

Wine è uno strumento che permette l’esecuzione di applicazioni Windows su altri sistemi operativi, come Linux e macOS, senza la necessità di emulazione e grazie a Wine, molti software che altrimenti sarebbero confinati a Windows possono essere eseguiti su piattaforme diverse, sfruttando la compatibilità con il formato EXE.

Un altro esempio è il ReactOS, un progetto open-source che mira a creare un sistema operativo completamente compatibile con le applicazioni Windows, e che si basa quindi anche sull’esecuzione dei file EXE.

Wine: l’ecosistema EXE su Linux e macOS

Come già accennato Wine ha svolto un ruolo cruciale nell’espansione del formato EXE al di fuori dell’ambiente Microsoft; Wine non è un emulatore (l’acronimo stesso dice “Wine is not emulator”), ma un livello di compatibilità che implementa le API di Windows su sistemi operativi Unix-like e questo consente a un file EXE di essere eseguito direttamente su Linux, BSD o macOS senza virtualizzazione o emulazione, fornendo un modo efficiente per eseguire applicazioni Windows su piattaforme non Windows.

Grazie a Wine, programmi iconici come Adobe Photoshop, Microsoft Office, o videogiochi sviluppati esclusivamente per Windows possono essere eseguiti su sistemi operativi diversi, ampliando enormemente il loro ambito di utilizzo; Wine ha reso il formato EXE una specie di “standard de facto” per l’esecuzione di software, anche su piattaforme che storicamente non supportavano nativamente questo formato.

Il futuro dei file EXE

Il futuro dei file EXE sembra essere florido, nonostante i continui cambiamenti nell’industria software. Sebbene i sistemi operativi stiano evolvendo verso modelli più modulabili e distribuiti (come il cloud computing e le app containerizzate), il formato EXE continua a essere rilevante per diversi motivi:

1. Compatibilità con l’enorme base installata di Windows: Il sistema operativo Windows è ancora largamente dominante nel mercato desktop e business, garantendo una longevità al formato EXE.
2. Efficienza: I file EXE offrono un’ottima efficienza in termini di prestazioni, poiché il codice eseguibile è compilato direttamente per l’hardware su cui gira.
3. Legacy: Molti software critici per il business e l’industria sono costruiti attorno al formato EXE e alle API di Windows, rendendo difficile un cambiamento radicale. Anche se emergono nuove tecnologie come le Progressive Web Apps (PWA) o i container Docker, i file EXE rimarranno rilevanti nel prossimo futuro.
4. Integrazione con nuove tecnologie: Microsoft sta anche modernizzando Windows attraverso tecnologie come Windows Subsystem for Linux (WSL), che consente l’esecuzione di binari Linux su Windows, pur continuando a mantenere il supporto per i file EXE, garantendo così una coesistenza tra nuovi paradigmi di sviluppo e vecchie architetture.

Tipi di file simili ai file EXE

Oltre ai file EXE, esistono diversi formati di file eseguibili che svolgono funzioni simili, sebbene differiscano per struttura, utilizzo o piattaforma; ecco un breve elenco di file eseguibili simili:

1. COM: Un formato storico utilizzato principalmente da MS-DOS. I file COM sono semplici eseguibili che contengono codice binario non segmentato, con una dimensione massima di 64 KB. Sono stati i predecessori dei file EXE.
2. BAT: File di batch scripting utilizzati principalmente in ambiente MS-DOS e Windows per eseguire una serie di comandi in sequenza. Sebbene non siano file compilati come gli EXE, possono eseguire operazioni automatizzate attraverso l’interprete di comandi di Windows.
3. DLL: Le Dynamic Link Libraries non sono eseguibili autonomamente, ma contengono funzioni e risorse che i file EXE e altri processi possono richiamare dinamicamente durante l’esecuzione. Sono utilizzate per condividere codice comune tra più applicazioni.
4. MSI: Il formato Microsoft Installer è utilizzato per l’installazione e la distribuzione di software su Windows. Anche se tecnicamente non eseguibili nel senso tradizionale, i file MSI contengono istruzioni per il setup e la configurazione del software.
5. APP: Su macOS, i file con estensione .app rappresentano pacchetti di applicazioni. Sebbene non contengano codice eseguibile nel senso diretto, racchiudono tutto il necessario per eseguire un programma su macOS, compresi file binari eseguibili.
6. ELF: Il formato Executable and Linkable Format è il corrispettivo dei file EXE nei sistemi Unix e Linux. Viene utilizzato per file binari eseguibili, librerie condivise e oggetti di codice compilato.
7. APK: Nel contesto di Android, i file .apk sono pacchetti di installazione che contengono codice eseguibile per applicazioni Android. Internamente, racchiudono file binari, risorse e manifesti necessari per l’esecuzione su dispositivi mobili.

Questi formati, sebbene diversi, condividono lo stesso scopo di eseguire codice su vari sistemi operativi o piattaforme, ognuno adattato alle specifiche esigenze dell’ambiente in cui viene utilizzato.

Piccolo appunto sui file DEB di Linux

il file DEB è il formato di pacchetto utilizzato principalmente nei sistemi operativi basati su Debian e Ubuntu; un file DEB contiene tutti i file necessari per installare un’applicazione, oltre alle istruzioni per la configurazione, gestione delle dipendenze e script per l’installazione e la disinstallazione.

Sebbene i file DEB non siano eseguibili nel senso tradizionale come i file EXE, condividono alcune somiglianze per quanto riguarda la distribuzione di software e la gestione automatizzata delle installazioni.

Conclusione

I file EXE rappresentano una pietra miliare nell’evoluzione del software per personal computer. Nati nell’era del MS-DOS, si sono evoluti in simbiosi con Windows, adattandosi alle esigenze crescenti degli utenti e del software. Oggi, grazie a strumenti come Wine e alle continue innovazioni in Windows, il formato EXE rimane centrale nel panorama del software desktop.

Nonostante l’avvento di nuove tecnologie, i file EXE continuano a essere essenziali per garantire l’esecuzione efficiente di applicazioni su una vasta gamma di sistemi. Il loro ruolo, pur consolidato nel passato, appare sempre più destinato a restare rilevante anche nel futuro.