庫函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用

2024-06-28 13:21:25

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供稿：網(wǎng)友

系統(tǒng)調(diào)用可以解釋為操作系統(tǒng)為用戶提供的一些接口，這些接口提供了對系統(tǒng)硬件功能的操作。這樣說大家可能還有點抽象，我再舉一個更具體的例子：比如我要寫一個程序，這個程序的功能就是在屏幕上顯示一個字符串“hello，world！”。那么實現(xiàn)這么一個在屏幕上顯示一個字符串的操作就是系統(tǒng)調(diào)用write()的功能。

那么系統(tǒng)調(diào)用的意義在哪里呢？你想想看，你寫一個程序還需要自己去實現(xiàn)在屏幕上打印字符串的代碼，這也太累人了吧，，因此系統(tǒng)調(diào)用把我們從底層的硬件編程中解放了出來。再者，系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核代碼，內(nèi)核代碼能訪問系統(tǒng)上的所有地址空間，而我們執(zhí)行的代碼是用戶空間的代碼，用戶空間的代碼在對系統(tǒng)進(jìn)行操作時是有限制的，（作為一個菜鳥程序員，系統(tǒng)如果不對你寫的代碼進(jìn)行限制，，萬一把系統(tǒng)搞蹦了呢。。）。因此系統(tǒng)調(diào)用的另一個功能就是維護(hù)了系統(tǒng)的安全性，，你要用就直接調(diào)用我這個接口就行了，，不用你自己寫。系統(tǒng)調(diào)用還有一個功能就是為了方便程序的移植性。。總之，你就把系統(tǒng)調(diào)用當(dāng)做一個接口，什么時候你需要使用它了，調(diào)用一下它就行了，既方便又安全。。你可能會有疑問，我們平時在寫C語言時打印一個字符串不是用PRintf()函數(shù)嗎？這個printf()跟前面提到的那個系統(tǒng)調(diào)用write()有什么區(qū)別呢？問對了。其實你可以把庫函數(shù)當(dāng)做是對系統(tǒng)調(diào)用的又一次封裝。。什么意思呢？系統(tǒng)調(diào)用作為內(nèi)核提供給我們的接口，它的執(zhí)行效率是比較高效精簡的。但是有時候我們需要對獲取的信息進(jìn)行更復(fù)雜的處理，這個時候如果我們把這些處理過程包裝成一個函數(shù)再提供給程序員，不是更方便編程了嗎？因此一個庫函數(shù)有可能含有一個系統(tǒng)調(diào)用，有可能有好幾個系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)然也有可能沒有系統(tǒng)調(diào)用，比如有些操作就不需要涉及內(nèi)核的功能。總之，庫函數(shù)是面向程序員的應(yīng)用編程接口。看一下下面這張圖也許更明白了它們之間的關(guān)系：

說完了庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系，下面我們來看看系統(tǒng)調(diào)用到底是怎么運行的。當(dāng)一個進(jìn)程正在運行時，遇到讀寫文件什么的，此時會發(fā)生一個中斷，中斷發(fā)生后，系統(tǒng)會把當(dāng)前用戶進(jìn)程的一些寄存器信息保存在內(nèi)核堆棧中（以備將來恢復(fù)），接著去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，我們這里是去執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，linux中通過執(zhí)行int $0x80來執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的中斷，但是內(nèi)核實現(xiàn)了很多系統(tǒng)調(diào)用，所以進(jìn)程必須指明需要哪個系統(tǒng)調(diào)用，這時候就需要傳遞一個系統(tǒng)調(diào)用號。這個系統(tǒng)調(diào)用號就存放在%eax寄存器中。下面我們通過一個例子來說明：我們這里這個程序用來顯示當(dāng)前的時間。首先我們通過庫函數(shù)來實現(xiàn)：

結(jié)果如下：成功獲得當(dāng)前時間。

接下來我們通過嵌入?yún)R編語言來實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用：

發(fā)現(xiàn)沒？首先通過mov $0xd %%eax來將系統(tǒng)調(diào)用號放入%eax寄存器中，通過查閱，發(fā)現(xiàn)time()的系統(tǒng)調(diào)用號是13。這個時候通過執(zhí)行int $0x80，系統(tǒng)就會去執(zhí)行time()這個系統(tǒng)調(diào)用了。查看結(jié)果：