(zz)系统调用和库函数

1.11〓系统调用和库函数 

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。图1.1显示了应用程序、malloc函数以及sbrk系统调用之
间的关系。

图1.1〓malloc函数和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。这在图1
.2中显示。

图1.2〓C库函数和系统调用之间的差别 

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。