学习遇到的知识点

系统调用和库函数及API的区别

系统调用

• 底层调用。

• 是操作系统为用户态运行的进程和硬件设备（如CPU、磁盘、打印机等）进行交互提供的一组接口，即就是设置在应用程序和硬件设备之间的一个接口层。可以说是操作系统留给用户程序的一个接口。

• 整个linux系统 用户进程->系统调用接口->linux内核子系统->硬件。

• linux内核包括了系统调用接口和内核子系统两部分。

• 从下到上：物理硬件->OS内核->OS服务->应用程序。

• 这里的OS向下管理物理硬件，向上为操作系统服务和应用程序提供接口，这里的接口就是系统调用了。

• 文件 总是存储在介质上的，不管是读还是写，都是对硬件存储器的操做，必然引起系统调用。

• 使用 库函数 可以大大减少系统调用的次数

• 系统调用是一种中断服务机制，需要提出申请占用CPU或某些资源来对硬件访问与操做，如I/O操作，文件的读取更新等

• 用户空间和内核空间，对文件操作利用 缓存区

库函数

• 常用到的函数编完放到一个文件里，供别人用

• 一般分为两类：一种是C语言标准规定的库函数，一类是编译器特定的库函数。libc就是一个C标准库，里面函数都被标准化了。

• 库函数调用是系统无关的，因此 移植性好。

• 主要由两方面提供：操作系统提供的；由第三方提供的。

  • 系统提供 这些函数把系统调用进行封装或者组合，可以实现更多的功能
  • 对于第三方库 直接利用系统调用的可能性要小一些，系统提供的API接口 来是实现（API接口是开放的）。

系统调用和库函数之间的联系与区别

• 库函数，它把部分系统调用包装起来。

• 系统调用 是为了方便使用操作系统的接口 ，而库函数 则是为了人们编程的方便。

• 库函数调用 的优点

• 1. 双缓冲技术；
  2. 移植性；
  3. 底层调用本身存在的一些缺陷；
  4. 让api也可以有了级别和专门的工作面向；

• 系统调用使用的是 INT，IRET 系统调用

  • 系统调用时,堆栈切换（保证系统安全）和特权级转换

• 函数调用使用的是 CALL，RET 常规调用

  • 没有堆栈切换

• 系统调用开销 > 函数调用

• 系统调用速度 > 函数调用

API和系统调用的区别

• 用户级API 和 系统级API

• 与硬件交互 程序员调用的是API（api函数） 然后通过与 系统调用 共同完成函数的功能。

• API 与程序员交互，系统调用不会交互

• 系统调用 根据API函数，通过一个 软件中断机制 向内核提交请求（trap指令类似于一个系统中断，系统也会有一个特殊的中断处理函数（interrupt handler）来处理用户的请求），以获得内核服务的接口。

• 一个API 可能需要几个系统调用共同完成函数功能 API –> 系统调用（1~N）

回调函数

• 回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。

• 类似于中断处理机制，中断在某方面使计算机变得智能！

• 系统回调函数必须是由系统调用，但是这个函数可以是用户编写

什么是驱动程序，驱动程序和OS内核是什么关系？

驱动程序

是一种可以使计算机和设备进行相互通信的特殊程序。相当于硬件接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件的工作

驱动程序和OS内核的关系

操作系统的作用是管理各类资源(软件和硬件)，并将硬件驱动程序的接口抽象，形成一套简单一直的接口给上层的应用程序应用。

驱动程序是嵌入到操作系统里面去的，所以操作系统是包括驱动程序的。

标准 C 库的函数调用

• 程序通常通过 高级 API 接口， 而不是通过系统调用直接访问

• 一个函数调用的实现 如（read函数的实现）

  1. 一个软中断，会通过 alltraps() (汇编函数)得到中断的相关信息储存到数据结构 tf 数据结构
  2. 然后在 trap() 函数中 得到系统调用的 中断向量 tf->trapno == T_SYSCALL
  3. 因为是 T_SYSCALL 随意转到 系统调用 syscall() 更具eax SYS_read 得到对应的函数的实现。
  4. 进入 sys_read 通过 tf->sp 得到对应的函数参数
  5. 进入 sysfile_read 实现文件读取功能，操作 驱动程序
  6. 利用 trapret() 里面有一个 IRET 返回到 用户态

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