UNIX系统总览－－系统调用和库函数

所有的操作系统都提供了应用程序可以调用内核服务的服务接口（service points）。UNIX系统的所有实现版本都提供一个良好定义的、数量有限的进入内核的入口点，称为系统调用（system calls）。Research UNIX系统的第7个版本提供了大给50个系统调用，4.4BSD提供了大约110个，SVR4有大约120个。Linux根据不同的版本有240到260个。FreeBSD有大约320个。

系统调用接口一直被定义在UNIX Programmre's Manual的Section 2。它们以C语言定义，但不规定它们的具体实现。这点与许多更老的操作系统不同，它们把内核入口定义为汇编语言。

每个UNIX系统调用在标准C库里都有同名函数的定义，用户进程用C语言的调用方式调用这些函数，而后这些函数会调用正确的内核服务，不管内部使用何种技 术来实现这些函数。例如：函数可以接受一个或多个参数并把它们放到通用寄存器（general registers）里，然后执行一些机器指令在内核中产生一个软件中断（software interrupt）。我们可以简单地把系统调用看作是C函数。

UNIX Programmre's Manual的Section 3里定义了一个可用的通用(general-purpose）函数。虽然这些函数可能会调用一个或多个内核系统调用，但它们不是内核入口。比 如：printf函数可能使用write系统调用来输出字符串，但strcpy和atoi函数不会使用系统调用。

从实现者的角度看，系统调用和库函数的区别是很重要的，但对于用户而言，这并没有那么重要－－系统调用和库函数看起来都是普通的C函数。两者都为应用程序提供服务。尽管如此，我们必须意识到，我们可以根据需要替换库函数，但通常不能替换系统函数。

例如malloc函数。有很多方法可以实现内存分配和垃圾回收，没有一种技术对所有应用程序都是最优化的。分配内存的系统调用sbrk并不提供一个通用的 内存管理：它让进程增加或减少指定数量字节的地址空间，这些地址空间如果管理则取决于进程。内存分配函数malloc实现了一种特殊的分配方式。如果我们 不喜欢这个操作，我们可以定义我们自己的malloc函数，在实现时很可能会调用sbrk系统调用。事实上有不少软件包都使用sbrk系统调用实现他们自 己的内存分配算法。

这里我们有一个很清晰的责任区分：内核里的系统调用为进程分配一大块内存，而库函数malloc在用户态（user level）管理这些内存。

另一个区分系统调用和库函数的例子是UNIX系统提供的获得当前时间和日期的接口。一些操作系统提供一个系统调用来返回时间，和另一个系统调用来返回日 期。任何特殊操作，比如进行夏令时的转换，可以由内核处理，也可以是人为处理。UNIX系统提供了仅有的一个系统调用来返回从Epoch至今的秒数。这个 值的任何解释，比如用本地时区把它转换成可读的时间和日期，都交给用户进程。标准C函数库提供了一些函数来处理大多数的转换，比如各种夏令时转换的算法。

应用程序既可以调用系统函数也可以调用库函数，而且许多库函数也都调用了系统函数。两类函数的另一个区别是系统调用通常提供一个最小化的接口，而库函数提供更智能的功能。比如sbrk和malloc，还有unbuffered I／O和standard I／O。

进程控制系统调用（fork、exec和wait）通常会被用户程序直接调用，然而一些函数库提供了简化普遍情况的方法，比如system库和popen库。