系统调用:是操作系统为用户态运行的进程和硬件设备(如CPU、磁盘、打印机等)进行交互提供的一组接口,即就是设置在应用程序和硬件设备之间的一个接口层。可以说是操作系统留给用户程序的一个接口。再来说一下,linux内核是单内核,结构紧凑,执行速度快,各个模块之间是直接调用的关系。放眼望整个linux系统,从上到下依次是用户进程->linux内核->硬件。其中系统调用接口是位于Linux内核中的,如果再稍微细分一下的话,整个linux系统从上到下可以是:用户进程->系统调用接口->linux内核子系统->硬件,也就是说Linux内核包括了系统调用接口和内核子系统两部分;或者从下到上可以是:物理硬件->OS内核->OS服务->应用程序,其中操作系统起到“承上启下”的关键作用,向下管理物理硬件,向上为操作系服务和应用程序提供接口,这里的接口就是系统调用了。
一般地,操作系统为了考虑实现的难度和管理的方便,它只提供一少部分的系统调用,这些系统调用一般都是由C和汇编混合编写实现的,其接口用C来定义,而具体的实现则是汇编,这样的好处就是执行效率高,而且,极大的方便了上层调用。
库函数:顾名思义是把函数放到库里。是把一些常用到的函数编完放到一个文件里,供别人用。别人用的时候把它所在的文件名用#include<>加到里面就可以了。一般是放到lib文件里的。一般是指编译器提供的可在c源程序中调用的函数。可分为两类,一类是c语言标准规定的库函数,一类是编译器特定的库函数。(由于版权原因,库函数的源代码一般是不可见的,但在头文件中你可以看到它对外的接口)
libc中就是一个C标准库,里面存放一些基本函数,这些基本函数都是被标准化了的,而且这些函数通常都是用汇编直接实现的。
库函数一般可以概括的分为两类,一类是随着操作系统提供的,另一类是由第三方提供的。随着系统提供的这些库函数把系统调用进行封装或者组合,可以实现更多的功能,这样的库函数能够实现一些对内核来说比较复杂的操作。比如,read()函数根据参数,直接就能读文件,而背后隐藏的比如文件在硬盘的哪个磁道,哪个扇区,加载到内存的哪个位置等等这些操作,程序员是不必关心的,这些操作里面自然也包含了系统调用。而对于第三方的库,它其实和系统库一样,只是它直接利用系统调用的可能性要小一些,而是利用系统提供的API接口来实现功能(API的接口是开放的)。部分Libc库中的函数的功能的实现还是借助了系统掉调用,比如printf的实现最终还是调用了write这样的系统调用;而另一些则不会使用系统调用,比如strlen, strcat, memcpy等。
实时上,系统调用所提供给用户的是直接而纯粹的高级服务,如果想要更人性化,具有更符合特定情况的功能,那么就要我们用户自己来定义,因此就衍生了库函数,它把部分系统调用包装起来,一方面把系统调用抽象了,一方面方便了用户级的调用。系统调用和库函数在执行的效果上很相似(当然库函数会更符合需求),但是系统调用是运行于内核状态;而库函数由用户调用,运行于用户态。
系统调用是为了方便使用操作系统的接口,而库函数则是为了人们编程的方便。
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。 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。