P3 Linux应用编程：系统调用与库函数

前言

                               

个人主页：@ChenPi

推荐专栏1: 《C++_@ChenPi的博客-CSDN博客》✨✨✨ 

推荐专栏2: 《Linux C应用编程（概念类）_@ChenPi的博客-CSDN博客》✨✨✨

推荐专栏3: ​​​​​​《 链表_@ChenPi的博客-CSDN博客 》 ✨✨✨
本篇简介  :  在上一章中我学习了Linux系统目录结构，这章我们来认识一下什么是系统调用和库函数

在第一章的时候我们说过我们应用开发是在应用层的，但是应用层是不能直接控制内核的，所以我们要经过系统调用或者库函数来操作内核，如果对这些概念不是很了解，可以看看我前面两章

说了这么多，那什么是系统调用呢？ 

一 何为系统调用

系统调用（system call）其实是 Linux 内核提供给应用层的应用编程接口（API），

是 Linux 应用层进入内核的入口。

不止 Linux 系统，所有的操作系统都会向应用层提供系统调用，

应用程序通过系统调用来使用 操作系统提供的各种服务。

通过系统调用，Linux 应用程序可以请求内核以自己的名义执行某些事情，

1. 譬如打开磁盘中的文件、
2. 读 写文件、关闭文件
3. 以及控制其它硬件外设。

系统调用是内核直接向应用层提供的应用编程接口，譬如 open、write、read、close 等

通过系统调用 API，应用层可以实现与内核的交互，其关系可通过下图简单描述： 

二 何为库函数

1.概念

库函数也就是 C 语言库函数，C 语言库是应用层使用的一套函数库，在 Linux 下，通常以动态（.so） 库文件的形式提供，存放在根文件系统/lib 目录下

2.库函数部分函数是由系统调用封装

C 语言库函数构建于系统调用之上，

也就是说库函数其 实是由系统调用封装而来的，

当然也不能完全这么说，原因在于有些库函数并不调用任何系统调用，譬如一 些字符串处理函数 strlen()、strcat()、memcpy()、memset()、strchr()等等；

而有些库函数则会使用系统调用来

帮它完成实际的操作，譬如

1. 库函数 fopen 内部调用了系统调用 open()来帮它打开文件、
2. 库函数 fread()就利用 了系统调用 read()来完成读文件操作、
3. fwrite()就利用了系统调用 write()来完成写文件操作。

3.为啥要使用库函数

Linux 系统内核提供了一系列的系统调用供应用层使用，

我们直接使用系统调用就可以了呀，那为何还 要设计出库函数呢？

事实上，有些系统调用使用起来并不是很方便，于是就出现了 C 语言库，

这些 C 语言 库函数的设计是为了提供给底层系统调用

• 更为方便
• 且更具有可移植性的调用接口。
• 更为好用

 库函数和系统调用的区别

1. 库函数是属于应用层，而系统调用是内核提供给应用层的编程接口，属于系统内核的一部分；
2. 库函数运行在用户空间，调用系统调用会由用户空间（用户态）陷入到内核空间（内核态）；
3. 库函数通常是有缓存的，而系统调用是无缓存的，所以在性能、效率上，库函数通常要优于系统调 用；
4. 可移植性：库函数相比于系统调用具有更好的可移植性

通常对于不同的操作系统，其内核向应用 层提供的系统调用往往都是不同，

• 譬如系统调用的定义、功能、参数列表、返回值等往往都是不一 样的；
• 而对于 C 语言库函数来说，由于很多操作系统都实现了 C 语言库，
• C 语言库在不同的操作系统上可以用同一套API

所以库函数在不同操作系统之间相比于系统调用具有更好的 可移植性。 

所以应用编程简单点来说就是：

开发 Linux 应用程序，通过调用内核提供的系统调用或使用 C 库函数 来开发具有相应功能的应用程序。

三 应用程序的 main()函数

对学习过 C 语言编程的读者来说，譬如单片机编程、Windows 应用编程等，main 函数想必大家再熟悉 不过了，很多编程开发都是以 main 函数作为程序的入口函数，同样在 Linux 应用程序中，main 函数也是作 为应用程序的入口函数存在，main 函数的形参一般会有两种写法，如果执行应用程序无需传参，则可以写 成如下形式：

示例代码 1.4.1 main 函数写法之无传参
 

int main(void)
 
{ /* 代码 */
 
}

如果在执行应用程序的时候需要向应用程序传递参数，则写法如下：

示例代码 1.4.2 main 函数写法之有传参
 

int main(int argc, char **argv)
 
{ /* 代码 */
 
}

argc 形参表示传入参数的个数，包括应用程序自身路径和程序名，譬如运行当前目录下的 hello 可执行 文件，并且传入参数，如下所示： ./hello 112233

那么此时参数个数为 2，并且这些参数都是作为字符串的形式传递给 main 函数: argv[0]等于"./hello" argv[1]等于"112233
 

好了，这章我们就讲到这里，下一章我们来聊聊系统调用最常见的文件操作

open，read，write，close

对您有帮助的话记得点赞加关注

如果有说的不对的欢迎指正