系统调用与函数调用

Question

系统调用和函数调用有什么区别？ fopen() 是系统调用还是函数调用？

Answer 1

系统调用是对内核代码的调用，通常通过执行中断来执行。中断导致内核接管并执行请求的操作，然后将控制权交还给应用程序。这种模式切换是系统调用执行速度比等效应用程序级函数慢的原因。

fopen 是 C 库中的一个函数，它在内部执行一个或多个系统调用。一般来说，作为 C 程序员，您很少需要使用系统调用，因为 C 库为您包装了它们。

Answer 2

fopen 是一个函数调用。

系统调用与管理资源的底层操作系统交互。它的数量级比函数调用昂贵，因为必须采取许多步骤来保存进行系统调用的进程的状态。

在 *nix 系统上，fopen 包装 open，从而进行系统调用（open 是系统调用的 C 包装器）。 fread /read、fwrite / write 等也会发生同样的情况。

此处有一个关于 unix 系统调用执行的任务的很好的描述。

Answer 3

实际上，系统调用与函数调用无关。这两种机制唯一的共同点是它们都向调用者提供服务。

• 从线程执行的角度看系统调用：

  系统调用是应用程序模式程序请求下层操作系统提供的服务的函数。系统调用会将正在运行的线程从用户模式带入内核模式，执行系统调用处理函数，然后返回用户模式。

• 系统调用参数：

  系统调用的参数是（系统调用号，参数...）。 params 的含义和格式取决于系统调用号。

• 从提供给用户层程序的系统调用库来看：

  用户态程序通常会调用glibc的库来调用系统调用。例如glibc中的open()函数：

  1. 将系统调用号SYS_OPEN放入eax寄存器
  2. 通过调用软件中断或sys_enter指令请求系统调用

Answer 4

系统调用实际上是调用内核空间执行的API。考虑到所有相关成本（请参阅 Wiki 或此链接了解详细信息），

函数调用是对用户空间中的一段代码的调用。

但是，请注意，函数调用可能是在执行过程中执行系统调用的函数 - “fopen”就是此类示例之一。因此，虽然对 fopen 本身的调用是对函数的调用，但这并不意味着系统调用不会处理实际的 IO。

Answer 5

在此讨论中需要补充的一个观点是，在 x86 中，在最乐观的情况下，函数调用通常会产生一些 8 位指令（平均 4-10 个）的开销。

系统调用具有以下属性。

1. 它执行更多的指令，它必须冻结进程而不是简单地冻结堆栈状态。
2. 所涉及的时间大多是不确定的。
3. 往往是一个调度点，调度者可能会选择重新调度。

由于这三个原始原因（可能还有更多），我们应该尽可能减少系统调用的数量——例如，网络系统软件保留套接字句柄（以及连接使用的其他应用程序特定的内部数据结构）以分配给新的连接，为什么要打扰内核？

请记住，软件的构建就像一个倒置的金字塔。系统调用位于底层。

Answer 6

这个问题已经有了很好的答案，但我想我可以添加一些东西（来自 ostep其他答案中尚未包含

有时系统调用和函数调用具有相同的签名，例如，open()：

open()-系统调用

--- ~/Documents » man open(2)

OPEN(2)                 Linux Programmer's Manual           OPEN(2)

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
...

open()-函数调用

$ man open(3)

--- ~/Documents » 
OPEN(3P)                        POSIX Programmer's Manual          OPEN(3P)
...

int open(const char *path, int oflag, ...);

...

引用形式OSTEP

您可能想知道为什么对系统调用的调用（例如open()或read()）看起来与典型的C中的过程调用；也就是说，如果它看起来就像一个过程调用，系统如何知道它是一个系统调用，并执行所有正确的操作？原因很简单：它是一个过程调用，但在过程调用内部隐藏着著名的陷阱指令。更具体地说，当您调用 open()（例如）时，您正在对 C 库执行过程调用。其中，无论是对于 open() 还是任何其他提供的系统调用，库都使用与内核商定的调用约定来将参数放入 open 中-已知位置（例如，在堆栈上，或在特定的寄存器中），将系统调用编号放入众所周知的位置，如下所示好（再次，进入堆栈或寄存器），然后执行前面提到的陷阱指令。库中的代码在陷阱之后解压返回值并将控制权返回给发出系统调用的程序。因此，C 库中进行系统调用的部分是在汇编中手动编码的，因为它们需要仔细遵循约定才能正确处理参数和返回值，以及执行硬件 -具体的陷阱指令。现在您知道为什么您个人不需要编写汇编代码来捕获到操作系统中了；有人已经为您编写了该程序集。

Answer 7

如果您使用的是 Linux，您可以通过 监视应用程序执行的系统调用strace：

strace /path/to/app

它的输出可能会让您深入了解 libc 中发生的情况，以及哪些函数实际上是系统调用。

Answer 8

fopen 是一个函数调用，但有时也称为系统调用，因为它最终由“系统”（操作系统）处理。 fopen 内置于 C 运行时库中。

Answer 9

为了完成其他人提供的图片，fopen 是 通常实现作为open的包装器，这也是一个用户可访问的函数。从某种意义上说，fopen 比 open 更高级别，因为它返回的 FILE* 结构为用户封装了内容。有些用户出于特殊需要直接使用open。因此，以任何方式将 fopen 称为“系统调用”都是不正确的。它也不会直接执行系统调用，因为open也是一个可由用户调用的函数。

Answer 10

系统调用在内核级别执行，而不是在用户空间中执行，因为它需要某些权限才能访问硬件。

因此，当在用户空间编程并进行一些普通函数调用（例如C语言中的fopen）时，libc通常将此函数包装到特定的代码中，在代码中产生中断以从用户空间切换到内核空间，然后在内核空间 执行硬件级别的函数调用功能所需的系统调用将在内核空间中执行。