系統呼叫和庫呼叫的區別

在計算機程式設計中，系統呼叫和庫呼叫是用於與底層作業系統互動並執行各種操作的基本機制。雖然它們都涉及呼叫函式或例程，但系統呼叫和庫呼叫之間存在明顯的區別。瞭解這些差異對於開發人員有效地在應用程式中利用這些機制至關重要。本文探討了系統呼叫和庫呼叫之間的差異，闡明瞭它們各自的特徵和功能。

什麼是系統呼叫？

系統呼叫是由作業系統提供的一種機制，允許使用者級程式請求作業系統核心的服務。它充當使用者級應用程式和作業系統的介面。以下是系統呼叫的一些關鍵特徵

  • 許可權：系統呼叫是特權操作，需要從使用者模式切換到核心模式。它們允許訪問低階作業系統功能，這些功能使用者級程式無法直接訪問。

  • 功能：系統呼叫提供廣泛的服務，包括程序管理、檔案管理、裝置 I/O、記憶體分配和網路。它們使應用程式能夠執行與底層硬體和資源互動的關鍵操作。

  • 效能：由於從使用者模式到核心模式的轉換，系統呼叫的開銷通常比庫呼叫更高。此轉換涉及上下文切換，並且在時間和資源方面可能相對昂貴。

  • 保護：系統呼叫強制執行安全和訪問控制機制。作業系統在執行系統呼叫之前會驗證請求的許可權和有效性，確保系統資源得到保護。

什麼是庫呼叫？

庫呼叫是指從軟體庫或框架呼叫函式或子例程。庫包含預編譯的程式碼，提供一組可重用的函式和例程，以簡化程式設計任務。以下是庫呼叫的一些關鍵特徵

  • 可訪問性：庫呼叫可以直接從使用者級程式訪問，無需切換到核心模式。它們通常是應用程式特定庫或系統庫的一部分，這些庫提供更高級別的抽象和功能。

  • 功能：庫呼叫提供一組特定的函式或例程，可用於執行常見任務，例如字串操作、數學運算、資料結構和圖形操作。它們提供現成的功能來簡化應用程式開發。

  • 效能：由於庫呼叫是在使用者模式上下文中執行的，因此其開銷通常低於系統呼叫。它們涉及直接函式呼叫，避免了上下文切換和核心級操作的開銷。

  • 靈活性：庫呼叫為軟體開發提供了一種靈活且模組化的方法。開發人員可以根據應用程式的要求選擇要包含和使用的庫。庫可以在多個應用程式之間共享，從而提高程式碼重用效率。

系統呼叫和庫呼叫的區別

下表突出顯示了系統呼叫和庫呼叫的區別

系統呼叫

庫呼叫

定義

作業系統提供的介面，用於與核心互動並請求服務

庫提供的函式，用於執行特定任務。

呼叫

使用特定的語法或彙編指令呼叫，通常需要切換到核心模式。

在使用者程式中使用正常的函式呼叫。

目的

執行特權操作並與底層作業系統資源互動

提供更高級別的功能，以簡化程式設計任務。

服務

提供低階服務，如程序管理、檔案操作、網路通訊等。

提供基於系統呼叫的更高級別服務和抽象。

訪問

需要顯式許可權，並受作業系統實施的訪問控制策略的約束。

通常可供包含相應庫的任何使用者程式訪問。

效能

由於上下文切換的開銷，通常較慢，因為系統呼叫涉及切換到核心模式。

通常更快，因為庫呼叫在使用者模式下執行，無需上下文切換的開銷。

實現

作為作業系統核心的一部分實現。

作為連結到使用者程式的庫中的預編譯程式碼實現。

示例

read()、write()、fork()、exec()、open()、close() 等。

printf()、scanf()、strlen()、strcpy()、sort() 等

可移植性

系統呼叫可能因不同的作業系統或版本而異，需要進行適應才能實現可移植性

庫呼叫提供一致的介面，可在不同平臺上使用，抽象出特定於系統的資訊

可定製性

系統呼叫通常是固定的，使用者無法修改。

庫呼叫可以透過建立其他函式或使用函式指標進行擴充套件或自定義。

錯誤處理

系統呼叫通常返回錯誤程式碼或設定特定的錯誤標誌以指示失敗或異常情況

庫呼叫可能會返回錯誤程式碼或使用異常進行錯誤處理，具體取決於程式語言或庫設計。

結論

總之，系統呼叫和庫呼叫在軟體開發中發揮著不同的作用。系統呼叫促進與作業系統核心的直接互動和對特權服務的訪問，而庫呼叫透過可重用的軟體庫提供更高級別的功能。瞭解這兩種機制之間的差異對於開發人員根據其需求、效能考慮和可移植性需求選擇合適的方法至關重要。

更新於： 2023年7月12日

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