库函数调用和系统调用的区别

来源:互联网 发布:c语言二分法求方程例题 编辑:程序博客网 时间:2024/03/29 13:07

 http://blog.csdn.net/clearriver/archive/2009/05/05/4152780.aspx

Unix操作系统设计上的陈述:

理解库函数的区别和系统调用,首先要里理解Unix的kernel mode和user mode。考虑下面的函数段:

int main()

{

    int fd = create("filename",0666);

    exit(0);
}

在执行main函数时,是在user mode下执行,当遇到create函数时,继续在user mode下执行。然后系统将两个参数"filenam"和"0666"压入栈中或者某个寄存器,接着执行库函数create。在库函数create执行开始,系统仍然处在user mode下,接着系统将create系统调用的unique number压入寄存器(比如说r0),然后执行指令trap(operating system trap)使系统进入kernel mode,并且处理系统调用。这时,系统意识到要进行系统调用的invoke,于是从寄存器r0中取出create系统调用的unique number,从系统调用表中查找得知要invoke的系统调用是create,然后执行。执行完毕后返回库函数create的调用,库函数负责检查系统调用的执行情况(检查某些寄存器的值),然后库函数create根据检查的结果返回相应的值。

在这里,trap指令类似于一个系统中断,而系统调用create是一个特殊的中断处理函数(inerrupt handler)。

APUE上的陈述:

所有操作系统都提供多种服务的入口点,由此程序向系统核请求服务。各种版本的Unix都
提供经良好定义的有限数目的入口点,经过这些入口点进入系统核,这些入口点被称之为
系统调用(system call),系统调用是我们不能更改的一种Unix特征。Unix版本7提供了约
50个系统调用,4 3+BSD提供了约110个,而SVR4则提供了约120个。

系统调用界面总是在Unix程序员手册的第二部分中说明。其定义也包括在C语言中。这与很 
多较早期的操作系统是不同的,这些系统按传统都在机器的汇编语言中定义系统核入口点。

Unix所使用的技术是为每条系统调用在标准C库中设置一个具有同样名字的函数。用户进程 
用标准C调用序列来调用这些函数,然后,函数用系统所要求的技术调用相应的系统核服务 
。例如函数可将一个或几个C参数送入通用寄存器,然后执行某个产生软中断进入系统核的 
机器指令。从应用角度考虑,我们可将系统调用视作为C函数。

Unix程序员手册的第三部分定义了程序员可以使用的通用函数。虽然这些函数可能会调用
一个或几个系统核的系统调用,但是它们并不是系统核的入口点。例如,printf函数会调
用write系统调用以进行输出操作,但函数strcpy(复制一字符串)和atoi(变换ASCII为整数
)并不使用任何系统调用。

从实施者的角度,系统调用和库函数之间有重大区别,但从用户角度其区别并不非常重要。 
从本书的目的出发,系统调用和库函数在本书中都以正常的C函数的形式出现。两者都对应 
用程序提供服务,但是,我们应当理解,如果希望的话,我们可以代换库函数,但是通常
我们却不能代换系统服务。

以存储器分配函数malloc为例。有多种方法可以进行存储器分配及与其相关的无用区收集
操作(最佳适应,首次适应等),并不存在对所有程序都最佳的一种技术。Unix系统调用中
处理存储器分配的是sbrk(2),它不是一个通用的存储器管理器。它增加或减少指定字节数
的进程地址空间。如何管理该地址空间却取决于进程。存储器分配函数malloc(3)实现一
种特定类型的分配。如果我们不喜欢其操作方式,则我们可以定义自己的malloc函数,极 
其可能,它还是要调用sbrk系统调用。事实上,有很多软件包,它们实现自己的存储器分
配算法,但仍使用sbrk系统调用。

从中可见,两者职责不同,相互分开,要核中的系统调用分配另外一块空间给进程,而库
函数malloc则管理这种空间。

另一个可说明系统调用和库函数之间的差别的例子是,Unix提供决定当前时间和日期的界
面。某些操作系统提供一个系统调用以返回时间,而另一个则返回日期。任何特殊的处理
,例如正常时制和日光节约时制之间的转换,由系统核处理或要求人的干予。Unix则不同
,它只提供一条系统调用,该系统调用返回国际标准时公元一九七年一月一日午夜来所以
经过的秒数。对该值的任何解释,例如将其变换成人们可读的,使用本地时区的时间和日 
期,都留给用户进程运行。在标准C库中,提供了若干例程以处理大多数情况。这些库函数 
处理各种细节,例如各种日光节约时算法。

应用程序可以或者调用系统调用,或者库函数,而很多库函数则会调用系统调用。
另一个系统调用和库函数之间的差别是:系统调用通常提供一种最小界面,而库函数通常
提供比较复杂的功能。我们从sbrk系统调用和malloc库函数之间的差别中看到了这一点,
在以后当比较不带缓存的I/O库数(第3章)以及标准I/O标准(在第5章)时,我们还将看到这
种差别。

进程控制系统调用(fork,exec和wait)通常由用户的应用程序直接调用。(请回忆程序1.5中 
的基本shell)但是为了简化某些常见的情况,UNIX系统也提供了一些库函数;例如system
和popen。在8.12节中,我们将说明system函数的一种实现,它使用基本的进程控制系统调
用。在10.18中,我们还将强化这一实例以正确地处理信号。

为使读者了解大多数程序员应用的Unix系统界面,我们不得不既说明系统调用,只介绍某
些库函数。例如若我们只说明sbrk系统调用,那么就会忽略很多应用程序使用的malloc库函数 

在本书中,除了一定要将两者相区分时,我们都将使用术语"函数"来涉及系统调用和库函
数两者。

 

 

http://blog.csdn.net/cugxueyu/archive/2008/02/25/2118490.aspx

简明的回答是:函数库调用是语言或应用程序的一部分,而系统调用是操作系统的一部分。你要确保弄懂“trap(自陷)”这个关键字的含义。系统调用是在操作系统内核发现一个“trap”或中断后进行的。
 
※函数库调用 VS 系统调用

 

函数库调用

系统调用

在所有的ANSI C编译器版本中,C库函数是相同的

各个操作系统的系统调用是不同的

它调用函数库中的一段程序(或函数)

它调用系统内核的服务

与用户程序相联系

是操作系统的一个入口点

在用户地址空间执行

在内核地址空间执行

它的运行时间属于用户时间

它的运行时间属于系统时间

属于过程调用,调用开销较小

需要在用户空间和内核上下文环境间切换,开销较大

C函数库libc中有大约300个函数

UNIX中大约有90个系统调用

典型的C函数库调用:system fprintf malloc

典型的系统调用:chdir fork write brk

库函数调用通常比行内展开的代码慢,因为它需要付出函数调用的开销。但系统调用比库函数调用还要慢很多,因为它需要把上下文环境切换到内核模式。
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