C語言——系統函數和庫函數的區別

系統調用：是操作系統爲用戶態運行的進程和硬件設備(如CPU、磁盤、打印機等)進行交互提供的一組接口，即就是設置在應用程序和硬件設備之間的一個接口層。可以說是操作系統留給用戶程序的一個接口。再來說一下，linux內核是單內核，結構緊湊，執行速度快，各個模塊之間是直接調用的關係。放眼望整個linux系統，從上到下依次是用戶進程->linux內核->硬件。其中系統調用接口是位於Linux內核中的，如果再稍微細分一下的話，整個linux系統從上到下可以是：用戶進程->系統調用接口->linux內核子系統->硬件，也就是說Linux內核包括了系統調用接口和內核子系統兩部分；或者從下到上可以是：物理硬件->OS內核->OS服務->應用程序，其中操作系統起到“承上啓下”的關鍵作用，向下管理物理硬件，向上爲操作系服務和應用程序提供接口，這裏的接口就是系統調用了。
       一般地，操作系統爲了考慮實現的難度和管理的方便，它只提供一少部分的系統調用，這些系統調用一般都是由C和彙編混合編寫實現的，其接口用C來定義，而具體的實現則是彙編，這樣的好處就是執行效率高，而且，極大的方便了上層調用。

庫函數：顧名思義是把函數放到庫裏。是把一些常用到的函數編完放到一個文件裏，供別人用。別人用的時候把它所在的文件名用#include<>加到裏面就可以了。一般是放到lib文件裏的。一般是指編譯器提供的可在c源程序中調用的函數。可分爲兩類，一類是c語言標準規定的庫函數，一類是編譯器特定的庫函數。(由於版權原因，庫函數的源代碼一般是不可見的，但在頭文件中你可以看到它對外的接口)
      libc中就是一個C標準庫，裏面存放一些基本函數，這些基本函數都是被標準化了的，而且這些函數通常都是用匯編直接實現的。
       庫函數一般可以概括的分爲兩類，一類是隨着操作系統提供的，另一類是由第三方提供的。隨着系統提供的這些庫函數把系統調用進行封裝或者組合，可以實現更多的功能，這樣的庫函數能夠實現一些對內核來說比較複雜的操作。比如，read()函數根據參數，直接就能讀文件，而背後隱藏的比如文件在硬盤的哪個磁道，哪個扇區，加載到內存的哪個位置等等這些操作，程序員是不必關心的，這些操作裏面自然也包含了系統調用。而對於第三方的庫，它其實和系統庫一樣，只是它直接利用系統調用的可能性要小一些，而是利用系統提供的API接口來實現功能(API的接口是開放的)。部分Libc庫中的函數的功能的實現還是藉助了系統掉調用，比如printf的實現最終還是調用了write這樣的系統調用；而另一些則不會使用系統調用，比如strlen, strcat, memcpy等。

實時上，系統調用所提供給用戶的是直接而純粹的高級服務，如果想要更人性化，具有更符合特定情況的功能，那麼就要我們用戶自己來定義，因此就衍生了庫函數，它把部分系統調用包裝起來，一方面把系統調用抽象了，一方面方便了用戶級的調用。系統調用和庫函數在執行的效果上很相似（當然庫函數會更符合需求），但是系統調用是運行於內核狀態；而庫函數由用戶調用，運行於用戶態。

系統調用是爲了方便使用操作系統的接口，而庫函數則是爲了人們編程的方便。

從實施者的角度，系統調用和庫函數之間有重大區別，但從用戶角度其區別並不非常重要。 兩者都對應 用程序提供服務，但是，我們應當理解，如果希望的話，我們可以代庫函數，但是通常我們卻不能代換系統服務。

以存儲器分配函數malloc爲例。有多種方法可以進行存儲器分配及與其相關的無用區收集操作(最佳適應，首次適應等)，並不存在對所有程序都最佳的一種技術。Unix系統調用中處理存儲器分配的是sbrk(2)，它不是一個通用的存儲器管理器。它增加或減少指定字節數的進程地址空間。如何管理該地址空間卻取決於進程。存儲器分配函數malloc(3)實現一種特定類型的分配。如果我們不喜歡其操作方式，則我們可以定義自己的malloc函數，極 其可能，它還是要調用sbrk系統調用。事實上，有很多軟件包，它們實現自己的存儲器分配算法，但仍使用sbrk系統調用。從中可見，兩者職責不同，相互分開，要核中的系統調用分配另外一塊空間給進程，而庫函數malloc則管理這種空間。

另一個可說明系統調用和庫函數之間的差別的例子是，Unix提供決定當前時間和日期的界面。某些操作系統提供一個系統調用以返回時間，而另一個則返回日期。任何特殊的處理，例如正常時制和日光節約時制之間的轉換，由系統核處理或要求人的幹予。Unix則不同，它只提供一條系統調用，該系統調用返回國際標準時公元一九七年一月一日午夜來所以經過的秒數。對該值的任何解釋，例如將其變換成人們可讀的，使用本地時區的時間和日 期，都留給用戶進程運行。在標準C庫中，提供了若干例程以處理大多數情況。這些庫函數 處理各種細節，例如各種日光節約時算法。