库函数和系统调用的区别

库函数和系统调用的区别

概念

• 库函数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，跨平台技术的原理就是通过库函数实现的，库函数可以理解为是对系统调用的一层封装，但库函数不是必须包含系统调用。
• 库函数有可能包含有一个系统调用，有可能有好几个系统调用，当然也有可能没有系统调用，比如有些操作不需要涉及内核的功能。

区别

• 所有 C 函数库是相同的，而各个操作系统的系统调用是不同的。
• 函数库调用是调用函数库中的一个程序，而系统调用是调用系统内核的服务。
• 函数库调用是与用户程序相联系，而系统调用是操作系统的一个进入点
• 函数库调用是在用户地址空间执行，而系统调用是在内核地址空间执行
• 函数库调用的运行时间属于「用户」时间，而系统调用的运行时间属于「系统」时间
• 函数库调用属于过程调用，开销较小，而系统调用需要切换到内核上下文环境然后切换回来，开销较大
• 在C函数库libc中大约 300 个程序，在 UNIX 中大约有 90 个系统调用
• 函数库典型的 C 函数：system, fprintf, malloc，而典型的系统调用：chdir, fork, write, brk

为什么不直接用函数调用

• 因为读写文件通常是大量的数据（相对于底层驱动的系统调用所实现的数据操作单位），这时，使用库函数可以大大减少系统调用的次数。这是因为缓冲区技术，在用户空间和内核空间对文件操作都使用了缓冲区。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存区。同理，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。
• 为了保证可移植性

库函数的缓冲区

• 对于库函数，如果标准输出连到终端设备(直接输出到屏幕)，则它是行缓冲的（遇到回车换行符或者是缓冲区满了才输出）；否则（输出到文件）是全缓冲的（缓冲区填满或者是程序运行结束了才输出）。
• 程序运行结束时，会刷新所有的缓冲区。

由于上面的缓冲机制，也给我们编写程序时带来了一些奇怪的问题。解决办法有如下两种：

• 任何时候我们都可以使用fflush(stdout)来刷新标准输出缓冲区。
• 使用不带缓冲的系统调用write替代printf输出。

系统调用底层原理

• 每个系统调用函数都有一个系统调用号
• 首先找到系统调用对应的中断号（Linux下是int 0x80），然后在中断向量表中找到对应的中断处理函数，再根据系统调用号，在中断处理函数找到对应系统调用函数进行执行。