库函数与系统调用的区别

Linux对文件操作有两种形式:系统调用与库函数调用。

一、系统调用

系统调用是通向操作系统本身的接口,是面向底层硬件的。通过系统调用,可以使得用户态运行的进程与硬件设备(如CPU、磁盘、打印机等)进行交互,是操作系统留给应用程序的一个接口。下面适用于访问设备驱动程序的系统调用:

open: 打开文件或设备
read: 从打开的文件或设备中读取数据
write: 向打开的文件或设备中写入数据
close: 关闭文件或设备
ioctl: 把控制信息传递给设备驱动文件

用户进程需要发生系统调用时,内核将调用内核相关函数来实现(如sys_read(),sys_write(),sys_fork())。用户程序不能直接调用这些函数,这些函数运行在内核态,CPU 通过软中断切换到内核态开始执行内核系统调用函数。

用户态–>系统调用–>内核态–>返回用户态

实际上使用系统调用会影响系统的性能,在执行调用时的从用户态切换到内核态,再返回用户态会有系统开销。为了减少开销,因此需要减少系统调用的次数,并且让每次系统调用尽可能的完成多的任务。硬件也会限制对底层系统调用一次所能写的数据块的大小。为了给设备和文件提供更高层的接口,Linux系统提供了一系列的标准函数库。使用标准库函数,可以高效的写任意长度的数据块,库函数在数据满足数据块长度要求时安排执行底层系统调用。

一般地,操作系统为了考虑实现的难度和管理的方便,它只提供一少部分的系统调用,这些系统调用一般都是由C和汇编混合编写实现的,其接口用C来定义,而具体的实现则是汇编,这样的好处就是执行效率高,而且,极大的方便了上层调用。


二、库函数

库函数(Library function)是把函数放到库里,供别人使用的一种方式。.方法是把一些常用到的函数编完放到一个文件里,供不同的人进行调用。一般放在.lib文件中。库函数调用则是面向应用开发的,库函数可分为两类,一类是c语言标准规定的库函数,一类是编译器特定的库函数。(由于版权原因,库函数的源代码一般是不可见的,但在头文件中你可以看到它对外的接口)。

glibc 是 Linux 下使用的开源的标准 C 库,它是 GNU 发布的 libc 库,即运行时库。这些基本函数都是被标准化了的,而且这些函数通常都是用汇编直接实现的。glibc 为程序员提供丰富的 API(Application Programming Interface),我们经常说到的POSIX(Portable Operating System Interface of Unix)是针对API的标准,即针对API的函数名,返回值,参数类型等。POSIX兼容也就指定这些接口函数兼容,但是并不管API具体如何实现。

随着系统提供的这些库函数把系统调用进行封装或者组合,可以实现更多的功能,这样的库函数能够实现一些对内核来说比较复杂的操作。比如,read()函数根据参数,直接就能读文件,而背后隐藏的比如文件在硬盘的哪个磁道,哪个扇区,加载到内存的哪个位置等等这些操作,程序员是不必关心的,这些操作里面自然也包含了系统调用。而对于第三方的库,它其实和系统库一样,只是它直接利用系统调用的可能性要小一些,而是利用系统提供的API接口来实现功能(API的接口是开放的)。部分Libc库中的函数的功能的实现还是借助了系统掉调用,比如printf的实现最终还是调用了write这样的系统调用;而另一些则不会使用系统调用,比如strlen, strcat, memcpy等。
这里写图片描述
系统调用是为了方便使用操作系统的接口,而库函数则是为了人们编程的方便。

库函数调用与系统无关,不同的系统,调用库函数,库函数会调用不同的底层函数实现,因此可移植性好。由于库函数是基于c库的,因此不能用于内核对于底层驱动设备的操作。
这里写图片描述

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/guidao13/article/details/53844136
今日推荐