一、前言

為什么用戶(hù)程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)核模式提供的服務(wù)?

在linux中，將程序的運(yùn)行空間分為內(nèi)核空間與用戶(hù)空間(內(nèi)核態(tài)和用戶(hù)態(tài))，在邏輯上它們之間是相互隔離的，因此用戶(hù)程序不能訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核數(shù)據(jù)，也無(wú)法使用內(nèi)核函數(shù)。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程必須訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核或使用某個(gè)內(nèi)核函數(shù)時(shí)，就得使用系統(tǒng)調(diào)用(System Call)。在Linux中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)空間訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核空間的唯一途徑。

什么是系統(tǒng)調(diào)用?

答：系統(tǒng)調(diào)用就是一種特殊的接口。通過(guò)這個(gè)接口，用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核空間。系統(tǒng)調(diào)用規(guī)定了用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)核的具體位置。系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)核的接口層，它本身并非內(nèi)核函數(shù)，但它是由內(nèi)核函數(shù)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)入內(nèi)核后，不同的系統(tǒng)調(diào)用會(huì)找到各自對(duì)應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)，這些內(nèi)核函數(shù)被稱(chēng)為系統(tǒng)調(diào)用的“服務(wù)例程”。比如系統(tǒng)調(diào)用getpid實(shí)際調(diào)用了服務(wù)例程為sys_getpid(),或者說(shuō)系統(tǒng)調(diào)用getpid是服務(wù)例程sys_getpid()的“封裝例程”。

具體步驟：用戶(hù)進(jìn)程-->系統(tǒng)調(diào)用-->內(nèi)核-->返回用戶(hù)空間。

系統(tǒng)調(diào)用就是為了解決上述問(wèn)題而引入的，是提供給用戶(hù)的“特殊接口”，系統(tǒng)調(diào)用規(guī)定用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)核空間的具體位置。

1.程序運(yùn)行空間從用戶(hù)空間進(jìn)入內(nèi)核空間。

2.處理完后再返回用戶(hù)空間。

什么是API

答：應(yīng)用程序接口API(Application Programming Interface) ，是程序員在用戶(hù)空間下可以直接使用的函數(shù)接口。是一些預(yù)定義的函數(shù)，比如常用的read()、malloc()、free()、abs()函數(shù)等，這些函數(shù)都具有一定功能，說(shuō)明了如何獲得一個(gè)給定的服務(wù)，跟內(nèi)核沒(méi)有必然的聯(lián)系。提供應(yīng)用程序與開(kāi)發(fā)人員基于某軟件或硬件的以訪(fǎng)問(wèn)一組例程的能力，而又無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。

兩者的區(qū)別

答：區(qū)別：api是函數(shù)的定義，規(guī)定了這個(gè)函數(shù)的功能，跟內(nèi)核無(wú)直接關(guān)系。而系統(tǒng)調(diào)用是通過(guò)中斷向內(nèi)核發(fā)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)內(nèi)核提供的某些服務(wù)。

聯(lián)系：程序員調(diào)用的是API(API函數(shù))，然后通過(guò)與系統(tǒng)調(diào)用共同完成函數(shù)的功能。 因此，API是一個(gè)提供給應(yīng)用程序的接口，一組函數(shù)，是與程序員進(jìn)行直接交互的。系統(tǒng)調(diào)用則不與程序員進(jìn)行交互的，它是根據(jù)API函數(shù)，通過(guò)一個(gè)軟中斷機(jī)制向內(nèi)核提交請(qǐng)求，以獲取內(nèi)核服務(wù)的接口。

有時(shí)候，某些API所提供的功能會(huì)涉及到與內(nèi)核空間進(jìn)行交互。那么，這類(lèi)API內(nèi)部會(huì)封裝系統(tǒng)調(diào)用。而不涉及與內(nèi)核進(jìn)行交互的API則不會(huì)封裝系統(tǒng)調(diào)用。也就是說(shuō)，API和系統(tǒng)調(diào)用并沒(méi)有嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)API可能恰好只對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，比如read()系統(tǒng)調(diào)用和read();一個(gè)API也可能由多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn);有時(shí)候，一個(gè)API的功能可能并不需要內(nèi)核提供的服務(wù)，那么此時(shí)這個(gè)API也就不需要任何的系統(tǒng)調(diào)用，比如abs()。另外，一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用可能還被多個(gè)API內(nèi)部調(diào)用。

對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)調(diào)用和API都是一組函數(shù)，并無(wú)什么兩樣，二者關(guān)注的都是函數(shù)名、參數(shù)類(lèi)型及返回值的含義;但是事實(shí)上，系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)是在內(nèi)核完成的，API則是在函數(shù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)的。

例如: 在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了write系統(tǒng)調(diào)用。

AI寫(xiě)代碼

在庫(kù)函數(shù)中通過(guò)宏定義的方式實(shí)現(xiàn)write API?？梢栽趗nistd.h中看到write到系統(tǒng)調(diào)用的轉(zhuǎn)換。

API是用戶(hù)程序直接可以使用的函數(shù)接口，但如果每個(gè)操作系統(tǒng)都擁有只屬于自己的API，那么應(yīng)用程序的移植性將會(huì)很差?；赑OSIX(Portable Operating System Interface)標(biāo)準(zhǔn)的API擁有很好的可移植性，它定義了一套POSIX兼容標(biāo)準(zhǔn)，這使得按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的API可以在各種版本的UNIX中使用?，F(xiàn)如今，它也可以在除UNIX之外的操作系統(tǒng)中使用，比如Linux，Windows NT等。

二、系統(tǒng)調(diào)用

操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理和分配所有的計(jì)算機(jī)資源。為了更好地服務(wù)于應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)提供了一組特殊接口———系統(tǒng)調(diào)用。用戶(hù)程序可以通過(guò)這組特殊的接口來(lái)獲取操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的各種功能，如分配內(nèi)存、創(chuàng)建進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的通信等。

系統(tǒng)調(diào)用(system call) 其實(shí)是 Linux 內(nèi)核提供給應(yīng)用層的應(yīng)用編程接口(API) ， 是 Linux 應(yīng)用層進(jìn)入內(nèi)核的入口。不止 Linux 系統(tǒng)，所有的操作系統(tǒng)都會(huì)向應(yīng)用層提供系統(tǒng)調(diào)用，應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)使用操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用， Linux 應(yīng)用程序可以請(qǐng)求內(nèi)核以自己的名義執(zhí)行某些事情，譬如打開(kāi)磁盤(pán)中的文件、讀寫(xiě)文件、關(guān)閉文件以及控制其它硬件外設(shè)。

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用 API，應(yīng)用層可以實(shí)現(xiàn)與內(nèi)核的交互，其關(guān)系可通過(guò)下圖簡(jiǎn)單描述：

內(nèi)核提供了一系列的服務(wù)、資源、支持一系列功能，應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 API 函數(shù)來(lái)使用內(nèi)核提供的服務(wù)、資源以及各種各樣的功能， 如果大家接觸過(guò)其它操作系統(tǒng)編程，想必對(duì)此并不陌生，譬如Windows 應(yīng)用編程，操作系統(tǒng)內(nèi)核一般都會(huì)向應(yīng)用程序提供應(yīng)用編程接口 API，否則我們將我無(wú)法使用操作系統(tǒng)。

為什么用戶(hù)程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)核提供的服務(wù)呢?答案是不安全。

單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，由于不需要操作系統(tǒng)，只需要知道寄存器的地址，代碼通過(guò)指針直接操作硬件，所以開(kāi)發(fā)人員可以編寫(xiě)代碼直接訪(fǎng)問(wèn)硬件。硬件>>>>>>代碼直接在內(nèi)存中運(yùn)行操作硬件。

而在嵌入式系統(tǒng)中通常都要運(yùn)行操作系統(tǒng)，程序訪(fǎng)問(wèn)資源的方式就發(fā)生了改變。操作系統(tǒng)基本上都支持多任務(wù)，即同時(shí)可以運(yùn)行多個(gè)程序。如果允許程序直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)資源，肯定會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。因此，所有軟硬件資源的管理和分配都由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)。程序要獲取資源(如分配內(nèi)存、讀寫(xiě)串口)必須通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)完成，即用戶(hù)程序向操作系統(tǒng)發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，操作系統(tǒng)收到請(qǐng)求后執(zhí)行相關(guān)的代碼來(lái)處理。硬件>>>>>>>操作系統(tǒng)>>>>>>>代碼

還有更重要的一點(diǎn)是，在Linux中，為了更好地保護(hù)內(nèi)核空間，將程序的運(yùn)行空間分為用戶(hù)空間和內(nèi)核空間(也就是常稱(chēng)的用戶(hù)態(tài)和內(nèi)核態(tài))，它們分別運(yùn)行在不同的級(jí)別上，邏輯上是相互分離的。因此，用戶(hù)進(jìn)程通常情況下不允許訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核數(shù)據(jù)，也無(wú)法使用內(nèi)核函數(shù)，它們只能在用戶(hù)空間操作用戶(hù)數(shù)據(jù)，調(diào)用用戶(hù)空間的函數(shù)。但是，在有些情況下，用戶(hù)空間的進(jìn)程需要獲得內(nèi)核的系統(tǒng)服務(wù)(調(diào)用內(nèi)核空間程序)，這時(shí)操作系統(tǒng)就必須利用系統(tǒng)提供用戶(hù)的特殊接口———”系統(tǒng)調(diào)用”規(guī)定用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)核空間的具體位置。在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，程序運(yùn)行空間需要從用戶(hù)空間進(jìn)入內(nèi)核空間，處理完成后再返回用戶(hù)空間。

用戶(hù)程序向操作系統(tǒng)提出請(qǐng)求的接口就是系統(tǒng)調(diào)用。所有的操作系統(tǒng)都會(huì)提供系統(tǒng)調(diào)用接口，只不過(guò)不同的操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口各不相同。Linux系統(tǒng)調(diào)用接口非常精簡(jiǎn)(只有250個(gè)左右)，它繼承了UNIX系統(tǒng)調(diào)用中最基本和最有用的部分。這些系統(tǒng)調(diào)用按照功能大致可分為進(jìn)程控制、進(jìn)程間通信、文件系統(tǒng)控制、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、套接字控制、用戶(hù)管理等。

應(yīng)用編程與裸機(jī)編程、驅(qū)動(dòng)編程有什么區(qū)別?

在學(xué)習(xí)應(yīng)用編程之前，相信大家都有過(guò)軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，譬如 51、 STM32 等單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)、 以及嵌入式 Linux 硬件平臺(tái)下的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等， 51、 STM32 這類(lèi)單片機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)通常是裸機(jī)程序開(kāi)發(fā)，并不會(huì)涉及到操作系統(tǒng)的概念，那應(yīng)用編程與裸機(jī)編程以及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)有什么區(qū)別呢?

就拿嵌入式 Linux 硬件平臺(tái)下的軟件開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，我們大可將編程分為三種，分別為裸機(jī)編程、 Linux 驅(qū)動(dòng)編程以及 Linux 應(yīng)用編程。首先對(duì)于裸機(jī)編程這個(gè)概念來(lái)說(shuō)很好理解，一般把沒(méi)有操作系統(tǒng)支持的編程環(huán)境稱(chēng)為裸機(jī)編程環(huán)境，譬如單片機(jī)上的編程開(kāi)發(fā)，編寫(xiě)直接在硬件上運(yùn)行的程序，沒(méi)有操作系統(tǒng)支持; 狹義上 Linux 驅(qū)動(dòng)編程指的是基于內(nèi)核驅(qū)動(dòng)框架開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序， 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工程師通過(guò)調(diào)用 Linux 內(nèi)核提供的接口完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)， 驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)底層硬件操作相關(guān)邏輯， 如果學(xué)習(xí)過(guò) Linux 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的讀者，想必對(duì)此并不陌生; 而 Linux 應(yīng)用編程(系統(tǒng)編程)則指的是基于 Linux 操作系統(tǒng)的應(yīng)用編程，在應(yīng)用程序中通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 API 完成應(yīng)用程序的功能和邏輯， 應(yīng)用程序運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上。通常在操作系統(tǒng)下有兩種不同的狀態(tài)：內(nèi)核態(tài)和用戶(hù)態(tài)，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)態(tài)、而內(nèi)核則運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。

三、用戶(hù)編程接口(API)---C庫(kù)

前面提到利用系統(tǒng)調(diào)用接口程序可以訪(fǎng)問(wèn)各種資源，但并不直接與程序員進(jìn)行交互，它僅僅是一個(gè)通過(guò)軟中斷機(jī)制向內(nèi)核提交請(qǐng)求以獲取內(nèi)核服務(wù)的接口。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)中程序并不直接使用系統(tǒng)調(diào)用接口，而是使用用戶(hù)程序編程接口(API)。例如，創(chuàng)建進(jìn)程的API函數(shù)fork()函數(shù)對(duì)應(yīng)于內(nèi)核空間的sys_fork()系統(tǒng)調(diào)用，但并不是所有的函數(shù)都對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。有時(shí)，一個(gè)API函數(shù)會(huì)需要幾個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)共同完成函數(shù)的功能，甚至還有一些API函數(shù)不需要調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用(因此它所完成的不是內(nèi)核提供的服務(wù))。

前面給大家介紹了系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核直接向應(yīng)用層提供的應(yīng)用編程接口， 譬如 open、 write、read、 close 等。編寫(xiě)應(yīng)用程序除了使用系統(tǒng)調(diào)用之外，我們還可以使用庫(kù)函數(shù)。

庫(kù)函數(shù)也就是 C 語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)， C 語(yǔ)言庫(kù)是應(yīng)用層使用的一套函數(shù)庫(kù)， 在 Linux 下，通常以動(dòng)態(tài)(.so)庫(kù)文件的形式提供，存放在根文件系統(tǒng)/lib 目錄下， C 語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)構(gòu)建于系統(tǒng)調(diào)用之上，也就是說(shuō)庫(kù)函數(shù)其實(shí)是由系統(tǒng)調(diào)用封裝而來(lái)的，當(dāng)然也不能完全這么說(shuō)， 原因在于有些庫(kù)函數(shù)并不調(diào)用任何系統(tǒng)調(diào)用，譬如一些字符串處理函數(shù) strlen()、 strcat()、 memcpy()、 memset()、 strchr()等等; 而有些庫(kù)函數(shù)則會(huì)使用系統(tǒng)調(diào)用來(lái)幫它完成實(shí)際的操作，譬如庫(kù)函數(shù) fopen 內(nèi)部調(diào)用了系統(tǒng)調(diào)用 open()來(lái)幫它打開(kāi)文件、庫(kù)函數(shù) fread()就利用了系統(tǒng)調(diào)用 read()來(lái)完成讀文件操作、 fwrite()就利用了系統(tǒng)調(diào)用 write()來(lái)完成寫(xiě)文件操作。

庫(kù)函數(shù)可以理解為是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的一層封裝。系統(tǒng)調(diào)用作為內(nèi)核提供給用戶(hù)程序的接口，它的執(zhí)行效率是比較高效而精簡(jiǎn)的，但有時(shí)我們需要對(duì)獲取的信息進(jìn)行更復(fù)雜的處理，或更人性化的需要，我們把這些處理過(guò)程封裝成一個(gè)函數(shù)再提供給程序員，更方便于程序猿編碼。庫(kù)函數(shù)有可能包含有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，有可能有好幾個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)然也有可能沒(méi)有系統(tǒng)調(diào)用，比如有些操作不需要涉及內(nèi)核的功能?？梢詤⒖枷聢D來(lái)理解庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用的關(guān)系。

Linux 系統(tǒng)內(nèi)核提供了一系列的系統(tǒng)調(diào)用供應(yīng)用層使用， 我們直接使用系統(tǒng)調(diào)用就可以了呀，那為何還要設(shè)計(jì)出庫(kù)函數(shù)呢?事實(shí)上， 有些系統(tǒng)調(diào)用使用起來(lái)并不是很方便， 于是就出現(xiàn)了 C 語(yǔ)言庫(kù)，這些 C 語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)的設(shè)計(jì)是為了提供比底層系統(tǒng)調(diào)用更為方便、更為好用、 且更具有可移植性的調(diào)用接口。

來(lái)看一看它們之間的區(qū)別：

庫(kù)函數(shù)是屬于應(yīng)用層，而系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核提供給應(yīng)用層的編程接口，屬于系統(tǒng)內(nèi)核的一部分;

庫(kù)函數(shù)運(yùn)行在用戶(hù)空間，調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用會(huì)由用戶(hù)空間(用戶(hù)態(tài))陷入到內(nèi)核空間(內(nèi)核態(tài));

庫(kù)函數(shù)通常是有緩存的，而系統(tǒng)調(diào)用是無(wú)緩存的，所以在性能、效率上，庫(kù)函數(shù)通常要優(yōu)于系統(tǒng)調(diào)用;

可移植性：庫(kù)函數(shù)相比于系統(tǒng)調(diào)用具有更好的可移植性，通常對(duì)于不同的操作系統(tǒng)，其內(nèi)核向應(yīng)用層提供的系統(tǒng)調(diào)用往往都是不同，譬如系統(tǒng)調(diào)用的定義、功能、參數(shù)列表、返回值等往往都是不一樣的;而對(duì)于 C 語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)來(lái)說(shuō)，由于很多操作系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了 C 語(yǔ)言庫(kù)， C 語(yǔ)言庫(kù)在不同的操作系統(tǒng)之間其接口定義幾乎是一樣的，所以庫(kù)函數(shù)在不同操作系統(tǒng)之間相比于系統(tǒng)調(diào)用具有更好的可移植性。

以上便上它們之間一個(gè)大致的區(qū)別， 從實(shí)現(xiàn)者的角度來(lái)看，系統(tǒng)調(diào)用與庫(kù)函數(shù)之間有根本的區(qū)別，但從用戶(hù)使用角度來(lái)看，其區(qū)別并不重要，它們都是 C 語(yǔ)言函數(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用編程中，庫(kù)函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用都會(huì)使用到，所以對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，直接把它們當(dāng)做是 C 函數(shù)即可，知道你自己調(diào)用的函數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用還是庫(kù)函數(shù)即可，不用太過(guò)于區(qū)分它們之間的差別，所以應(yīng)用編程簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是：開(kāi)發(fā) Linux 應(yīng)用程序，通過(guò)調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用或使用 C 庫(kù)函數(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)具有相應(yīng)功能的應(yīng)用程序。

為什么不直接使用系統(tǒng)調(diào)用接口了。原因如下：

系統(tǒng)調(diào)用接口功能非常簡(jiǎn)單，無(wú)法滿(mǎn)足程序的要求

不同操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用接口不兼容，程序移植時(shí)工作量大。

用戶(hù)程序編程接口通俗的解釋就是各種庫(kù)(最重要的就是C庫(kù))中的函數(shù)。為了提高開(kāi)發(fā)效率，C庫(kù)中實(shí)現(xiàn)了很多函數(shù)。這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)了常用的功能，供程序員調(diào)用。這樣一來(lái)，程序員就不需要自己編寫(xiě)這些代碼。直接調(diào)用庫(kù)函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)基本功能，提高了代碼的復(fù)用率。使用用戶(hù)程序編程接口好友一個(gè)好處就是：程序具有良好的可移植性。幾乎所有的操作系統(tǒng)上都實(shí)現(xiàn)了C庫(kù)，所以程序通常只需要重新編譯一下就可以在其它操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

在Linux中，用戶(hù)程序編程接口(API)遵循了UNIX中最流行的應(yīng)用編程界面標(biāo)準(zhǔn)———POSIX標(biāo)準(zhǔn)。POSIX標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE和ISO/IEC共同開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，該標(biāo)準(zhǔn)基于當(dāng)時(shí)的UNIX實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，描述了操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用編程接口(實(shí)際上就是API)，用于保證應(yīng)用程序可以在源代碼一級(jí)上在多種操作系統(tǒng)上移植運(yùn)行。這些系統(tǒng)調(diào)用編程接口主要是通過(guò)C庫(kù)(libc)實(shí)現(xiàn)的。

3.1系統(tǒng)命令

每一個(gè)系統(tǒng)命令其實(shí)就是一個(gè)可執(zhí)行的程序，這些可執(zhí)行程序的實(shí)現(xiàn)調(diào)用了某些系統(tǒng)調(diào)用。并且，這些可執(zhí)行程序又分為普通用戶(hù)可使用的命令和管理員可使用的命令。根據(jù)上述分類(lèi)，普通用戶(hù)可用的命令和管理可用的命令分別被存放于/bin和/sbin目錄下。

系統(tǒng)命令相對(duì)于API更高了一層，它實(shí)際上是一個(gè)可執(zhí)行程序，它的內(nèi)部引用了用戶(hù)編程接口(API)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，它們之間的關(guān)系如下圖：

3.2內(nèi)核函數(shù)

內(nèi)核函數(shù)和用戶(hù)空間中函數(shù)并無(wú)兩樣，只不過(guò)內(nèi)核函數(shù)是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)。雖然系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)核的唯一途徑，但是系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)內(nèi)部并不真正實(shí)現(xiàn)其功能，而是通過(guò)對(duì)內(nèi)核函數(shù)的封裝。也就是說(shuō)，用戶(hù)程序通過(guò)某個(gè)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入內(nèi)核后，會(huì)接著去執(zhí)行這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)。這個(gè)內(nèi)核函數(shù)也稱(chēng)為系統(tǒng)調(diào)用的服務(wù)例程。

由于內(nèi)核函數(shù)是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的，因此它必須符合內(nèi)核編程的規(guī)則，比如函數(shù)名以sys_開(kāi)始，函數(shù)定義時(shí)候需加asmlinkage標(biāo)識(shí)符等。

四、標(biāo)準(zhǔn)C程序的實(shí)例

首先，C程序調(diào)用API函數(shù)printf;

printf 函數(shù)的調(diào)用引發(fā)了對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用write的執(zhí)行;

write執(zhí)行結(jié)束時(shí)的返回值傳遞回用戶(hù)程序;

4.1操作系統(tǒng)的模式

(1)雙重模式(DUAL MODE)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)特殊的硬件，用于劃分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，至少需要兩種單獨(dú)運(yùn)行模式：

用戶(hù)模式(user mode)：執(zhí)行用戶(hù)代碼

內(nèi)核模式(kernel mode)：執(zhí)行操作系統(tǒng)代碼

目的：確保操作系統(tǒng)正確的運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)方式：用一個(gè)硬件模式位來(lái)表示當(dāng)前模式：0表示內(nèi)核模式，1表示用戶(hù)模式

(2)運(yùn)行模式的切換

程序執(zhí)行流剛開(kāi)始在“用戶(hù)模式”運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候，需要從“用戶(hù)模式”切換到“內(nèi)核模式”運(yùn)行。

這種模式切換的機(jī)制稱(chēng)為：陷阱(Trap)機(jī)制。

4.2系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

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