最近更换了新的笔记本 M4 Pro，之前是2019款的 MacBook，处理器是 Intel i7。
在使用新电脑进行开发的过程中，遇到一个问题就是构建Docker镜像的时候，发现有个警告。意思是基础镜像是 linux/amd64 平台的，而当前预期使用 linux/arm64：
在 MacBook 上运行时，可以运行，但有类似的警告：
在 Linux 拉取该镜像会直接失败：
我们先了解一下CPU的架构、程序的组成，最终我们会理解，为什么有上边的警告和失败。
一、CPU架构与程序
ARM与Intel
MacBook的 Apple 芯片版本（如M4、M4 Pro、M3等）基于ARM架构设计，与之前基于 Intel 架构的 i7、i9 芯片采用不同的 CPU 架构。
ARM架构之前主要用于移动设备和嵌入式系统，因为其功耗较低 ；而Intel架构的芯片由于性能较强，多用于笔记本、台式机和服务器。
近些年，苹果出于战略考虑，使用自主设计的M系列芯片。在性能与能效的提升、软硬件深度优化、高度集成的SoC设计等方面，都有比较明显的收益。
ARM 架构和 Intel 架构（x86/x64架构）最核心的区别是他们的指令集体系结构（Instruction-Set Archietecture, ISA）不同：ARM（Advanced RISC Machine）是基于RISC（精简指令集），强调简单和高效；而x86/x64架构是基于CISC（复杂指令集），强调功能丰富和灵活性，包括上千条指令。
前边提到的「ARM 功耗低而Intel性能高」以及应用场景的不同，只是这个核心区别的一个的结果。
上边提到的AMD64，x64于1999年由AMD设计，AMD首次公开64位集以扩展给x86，Intel 的 64 位处理器也兼容这个架构。Intel 称之为 "Intel 64"，RPM包管理以称之为 "x86-64" 或 "x86_64"，Microsoft称之为 "x64"，Linux发行版则使用 "amd64"。比如在Ubuntu的官方文档中，我们也能看到这些称呼方式：
为什么程序需要适配不同架构
我们知道一个程序的编译过程如下图，会经过预处理器、编译器、汇编器、链接器最终得到可执行的二进制目标文件。
其中汇编语言 ，使用人类可读的符号和助记符来表示二进制的机器指令和操作数，可以被认为是机器码的符号化表示。
汇编器（Assembler）负责将汇编代码转换成相应的机器码。你肯定也听过反汇编，是将二进制目标文件反向转换成可读的汇编代码。
这里提到的机器指令 也就是上边说的CPU指令集中的指令，因此汇编语言是架构依赖的，不同架构的汇编语言是不同的。
反过来说，ARM架构下的可执行二进制文件拿到 AMD64 架构上不能用，因为其机器指令就不一样。再往前推一步，ARM架构上的编译器构建出的.s文件和AMD64架构上的也不一样。
平台(platform) = 操作系统 x 处理器架构
再说回上图，我们经常说的 C 语言可以跨平台移植。
比如一个 Hello World 的C代码，可以在 Linux 上编译出来运行，Windows上也可以；可以在 ARM 架构的机器上编译出来，AMD64 架构上也可以。
但在 Linux 上构建出来的二进制文件，放到 Windows 上是不能运行的。
这里常说的平台，通常是指 操作系统 x 处理器架构。除了上边解释了处理器架构影响二进制结果，操作系统也会有影响，因为不同的操作系统有不同的ABI（应用二进制接口）、系统调用机制、目标文件格式（如ELF、PE等）。
后边我们也会看到通过 platform 参数指定特定平台，构建适用于不同平台的镜像：
操作系统是程序
前边介绍了说「程序是可执行的二进制文件」，其实操作系统也可以认为是一种可执行的二进制文件。
我们可以从构建 和使用来理解一下，操作系统这一特殊的程序，也是需要适配不同的处理器架构的。
先说构建 ，我们可以在 AMD64 的环境中，来构建 ARM 架构的 Linux 内核 ，这里需要使用 ARCH 指定架构，使用 CROSS_COMPILE 来指定交叉编译工具的前缀：
再说使用，我们这里以发行版 Ubuntu 为例，其官方文档支持 amd64、i386、arm64 等很多主流架构：
你在页面可以直接下载安装镜像，而没有让用户选择架构，是因为页面可以通过浏览器获得一些平台信息，包括架构、操作系统版本等信息：
二、Docker容器与镜像
前面有提到交叉编译（Cross Compilation） ，意思是指在一种平台上编译程序，以便在另一种平台上运行。
同样地，我们也可以在一种平台上，构建另外一种平台上可以运行的镜像。
容器是程序
我这样描述不太准确，但是为了让大家理解为什么不同的平台上需要特定的镜像。
更准确的应该是，运行的容器是进程 ，所以要运行的文件也是需要适配平台的------就是镜像。
前面的文章 《揭秘容器(三)：容器镜像》镜像索引小节中有介绍，OCI容器镜像由所谓的 manifest(清单) 、配置、层集和可选的镜像索引组成。清单内容如下，是一个对象数组，每个对象中有通过 platform 指定操作系统和架构。
通过这种方式，Docker镜像就可以支持多平台。在不同的平台上要运行，选择合适的平台版本即可。
接下来，我们看看 ARM64 平台和 AMD64 平台上交叉构建和使用尽享的过程。下文为了表达更清晰，我直接用Mac M4 替换 ARM64。
Buildx 和 QEMU 仿真器
Docker Buildx 是 Docker 的一个扩展工具。提供了强大构建功能：
- 多平台构建：Buildx 允许你在一个构建过程中生成适用于多个平台（如 x86_64、ARM、ARM64 等）的镜像。
- 高级构建功能：支持更复杂的构建场景，如多阶段构建、缓存优化、外部存储驱动等。
- 并行构建：可以并行构建多个镜像，提升构建速度。
QEMU 是一个开源的仿真器和虚拟机管理器，能够仿真多种不同的硬件平台：
- 跨平台仿真：允许在一个平台上运行为另一个平台编译的二进制文件。例如，在 x86_64 主机上运行 ARM64 的二进制文件。
- 开发和测试：开发者可以在本地开发和测试为不同架构编写的代码，而无需实际的硬件。
- 容器仿真：与 Docker 结合使用，允许在不同架构的主机上运行不同架构的容器镜像。
Docker Desktop通常已经包含了 Buildx 插件，并且整合了 QEMU。
M4上构建x64镜像
我们直接使用一个最简单的 Dockerfile：
css
FROM ubuntu:24.04M4 MacBook上可以利用 Docker 的Buildx工具，来构建可以在 x86 架构上运行的 Docker 镜像。
我们可以看到构建的过程中，有使用两种不同的镜像。
使用 docker buildx 构建的多平台镜像不会直接显示在 docker image ls 列表中。可以将其 push 到远端，然后再进行使用。构建并 push 的指令：
bash
docker buildx build --platform linux/amd64,linux/arm64 -t xxx.com/wlbcoder/ubuntu:base --push .这样我们就可以再直接使用 docker run 来运行了。为了比较，我这里在 M4 MacBook 和 Intel 的开发机上分别运行镜像，你会看到他们使用的是不同的架构：
M4上运行x64镜像
你可以直接拉取并运行 amd64 架构的镜像，Docker 会自动使用 QEMU 进行仿真。
下边是在 MacBook 上运行两种环境的镜像的比较，第二条指令中的 --platform=linux/amd64 指定了要运行的镜像架构。
Docker 会自动处理架构仿真，除了platform之外，不需要用户额外的操作。
三、其他
关于架构和程序的话题，你还能想到哪些？可以评论补充
.jar包不算程序
前边说 C 的 Hello World 构建出来之后是可执行二进制文件，放到不同平台通常不能运行。而 Java 的 Hello World 会生成 .jar 包则不同，.jar 包是 Java 应用程序的打包格式，与平台无关的中间表示形式------字节码，可以在任何安装了 Java 虚拟机（JVM）的平台上运行。JVM 负责将字节码翻译成特定平台的机器码并执行。
.jar 包的运行，依赖目标平台上有兼容的 JVM，因此 .jar 包不能算上完整的程序。这点就跟 Python 代码需要解释器运行差不多。