系统调用与库函数调用的区别

系统调用与库函数调用的区别 2011-07-05 16:10:15

分类： LINUX

1、系统调用和库函数的关系

系统调用通过软中断int 0x80从用户态进入内核态。

函数库中的某些函数调用了系统调用。

函数库中的函数可以没有调用系统调用，也可以调用多个系统调用。

编程人员可以通过函数库调用系统调用。

高级编程也可以直接采用int 0x80进入系统调用，而不必通过函数库作为中介。

如果是在核心编程，也可以通过int 0x80进入系统调用，此时不能使用函数库。因为函数库中的函数是内核访问不到的。

 

2、从用户调用库函数到系统调用执行的流程。

1) 假设用户调用ssize_t write (int fields, cont void *buff, size_t nbytes);库函数。

2) 库函数会执行int 0x80中断。因为中断使得进程从用户态进入内核态，所以参数通过

寄存器传送。

3) 0x80中断对应的中断例程被称为system call handler。其工作是：

 i.  存储大多数寄存器到内核堆栈中。这是汇编代码写的。

 ii.  执行真正的系统调用函数――system call service routine。这是C代码。

 iii. 通过ret_from_sys_call ()返回，回到用户态的库函数。这是汇编代码。

 

转自：http://hi.baidu.com/shcup/blog/item/b0a96c1205bbb2ddf7039e95.html

Linux下对文件操作有两种方式：系统调用（system call）和库函数调用（Library functions）。可以参考《Linux程序设计》（英文原版为《Beginning Linux Programming》，作者是Neil Matthew和Richard Stones）第三章: Working with files。

 

1、系统调用

系统调用提供的函数如open, close, read, write, ioctl等，需包含头文件unistd.h。以write为例：其函数原型为 size_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes)，其操作对象为文件描述符或文件句柄fd(file descriptor)，要想写一个文件，必须先以可写权限用open系统调用打开一个文件，获得所打开文件的fd，例如 fd=open(/"/dev/video/", O_RDWR)。fd是一个整型值，每新打开一个文件，所获得的fd为当前最大fd加1。Linux系统默认分配了3个文件描述符值：0－standard input，1－standard output，2－standard error。

 

系统调用通常用于底层文件访问（low-level file access），例如在驱动程序中对设备文件的直接访问。

 

系统调用是操作系统相关的，因此一般没有跨操作系统的可移植性。

 

系统调用发生在内核空间，因此如果在用户空间的一般应用程序中使用系统调用来进行文件操作，会有用户空间到内核空间切换的开销。事实上，即使在用户空间使用库函数来对文件进行操作，因为文件总是存在于存储介质上，因此不管是读写操作，都是对硬件（存储器）的操作，都必然会引起系统调用。也就是说，库函数对文件的操作实际上是通过系统调用来实现的。例如C库函数fwrite()就是通过write()系统调用来实现的。

 

这样的话，使用库函数也有系统调用的开销，为什么不直接使用系统调用呢？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），这时，使用库函数就可以大大减少系统调用的次数。这一结果又缘于缓冲区技术。在用户空间和内核空间，对文件操作都使用了缓冲区，例如用fwrite写文件，都是先将内容写到用户空间缓冲区，当用户空间缓冲区满或者写操作结束时，才将用户缓冲区的内容写到内核缓冲区，同样的道理，当内核缓冲区满或写结束时才将内核缓冲区内容写到文件对应的硬件媒介。

 

2、库函数调用

标准C库函数提供的文件操作函数如fopen, fread, fwrite, fclose, fflush, fseek等，需包含头文件stdio.h。以fwrite为例，其函数原型为size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t item_num, FILE *pf)，其操作对象为文件指针FILE *pf，要想写一个文件，必须先以可写权限用fopen函数打开一个文件，获得所打开文件的FILE结构指针pf，例如pf=fopen(/"~/proj/filename/", /"w/")。实际上，由于库函数对文件的操作最终是通过系统调用实现的，因此，每打开一个文件所获得的FILE结构指针都有一个内核空间的文件描述符fd与之对应。同样有相应的预定义的FILE指针：stdin－standard input，stdout－standard output，stderr－standard error。

 

库函数调用通常用于应用程序中对一般文件的访问。

库函数调用是系统无关的，因此可移植性好。

由于库函数调用是基于C库的，因此也就不可能用于内核空间的驱动程序中对设备的操作

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）。