库函数与系统调用函数

Linux结构t图:
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从上图中我们可以看到进程直接调用内核暴露出来的的接口的方式称为系统调用;而调用将内核暴露出来的借口封装好的函数的方法为库函数的调用,有的库函数不需要封装内核暴露出来的接口。

系统调用函数和库函数的区别:

  • 从程序完成的功能来看:函数库提供的函数通常是不需要操作系统的服务. 函数是在用户空间内执行的,除非函数涉及到I/O操作等,一般是不会切到内核态的。而系统调用是要求操作系统为用户提供某种服务,通常是涉及系统的硬件资源和一些敏感的软件资源等。
  • 从程序执行效率来看:当处理的数据量比较小时,函数库的函数执行效率比较好,因为函数库的函数的作法是将要处理的数据先存入缓冲区内,等到缓冲区装满了,再将数据一次写入或者读出。这种方式处理小量数据时效率比较高。但是在进行系统调用时,因为用户进程从用户模式进入系统内核模式,中间涉及了许多额外的任务的切换工作,这些操作称为上下文切换,此类的额外工作会影响系统的执行效率。那么为什么还要使用系统调用呢?这是因为,读写文件通常是大量的数据(这种大量是相对于底层驱动的系统调用所实现的数据操作单位而言),使用库函数调用可以大大减少系统调用的次数。这是因为缓冲区技术。在用户空间和内核空间,对文件操作都使用了缓冲区,当内核缓冲区写满之后或写结束之后才将内核缓冲区内容写到文件对应的硬件媒介中。
  • 从程序的可移植性的角度来看:对于不同的系统,系统函数的实现有很大的差别。相对于系统调用,一些库函数,如C语言的标准函数库具备较高的可移植性,在不同的系统环境下,只要做很少的修改,通常情况是不需要修改的。
  • 从运行层面上看:库函数是高层的,完全运行在用户空间, 为程序员提供调用真正的在幕后完成实际事务的系统调用的更方便的接口。系统调用在内核态运行并且由内核自己提供。

对区别的总结如下:
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系统调用函数与库函数的联系

  • 系统调用通常是用于底层文件的访问,例如在驱动程序中对设备文件的直接访问,而库函数是对系统调用的一层封装,因此在用库函数对文件操作的时候,必然会引起系统调用。也就是说,库函数调用实际上是通过系统调用实现的,例如:C库函数fwrite()就是通过write实现的。
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