系统中的库函数与系统调用的区别与联系

Linux
下对文件操作有两种方式:

系统调用(system call)

库函数调用(Libraryfunctions)

系统调用实际上就是指最底层的一个调用,在
linux 程序设计里面就是底层

调用的意思。面向的是硬件。而库函数调用则面向的是应用开发的,相当于应用程序的
api,

采用这样的方式有很多种原因,

第一:双缓冲技术的实现。第二,可移植性。第三,底层调用本身的一些性能方面的缺陷。

第四:让
api 也可以有了级别和专门的工作面向。

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。

※函数库调用 VS
系统调用

函数库调用

在所有的 ANSI C
编译器版本中,C
库函

数是相同的

它调用函数库中的一段程序(或函数)

与用户程序相联系

在用户地址空间执行

它的运行时间属于“用户时间”

系统调用

各个操作系统的系统调用是不同的

它调用系统内核的服务

是操作系统的一个入口点

在内核地址空间执行

它的运行时间属于“系统”时间

需要在用户空间和内核上下文环境间

属于过程调用,调用开销较小

切换,开销较大

在 C
函数库 libc
中有大约 300
个函数 在 UNIX
中大约有 90
个系统调用

典型的 C
函数库调用:system fprintf
典型的系统调用:chdir fork write

malloc

brk;