Linux C中库函数与系统调用的区别详细解析

什么是库函数

库函数（Library Function）是指由操作系统提供的接口函数，是封装好的一些函数，可以方便用户的调用。库函数一般被封装到动态库或静态库中。在Linux系统中，常见的库函数有stdio.h、stdlib.h等。

库函数的优点是：

• 函数调用方便，利于构建高级别的应用程序；
• 库函数的底层实现已经封装好，可以屏蔽掉底层实现的差异，方便程序在不同平台上的移植。

什么是系统调用

系统调用（System Call），也叫系统服务调用，是指在用户空间中，调用Linux内核中的接口函数。系统调用是用户程序和操作系统之间的接口。在Linux系统中，常见的系统调用有open、read、write等。

系统调用的优点是：

• 系统调用提供的接口比较底层，可以直接访问系统资源；
• 系统调用的安全性高，可以保证进程访问系统资源的合法性；
• 系统调用的执行效率高，因为它直接访问内存，没有函数调用的开销。

库函数与系统调用的区别

• 库函数的调用是通过函数名和参数列表直接调用的，调用时不需要切换内核态，而系统调用需要切换内核态，因为它需要进入内核空间执行相关操作。
• 库函数的底层实现已经封装好，不同的操作系统实现的可能不一样，但对用户来说是透明的。而系统调用的接口是操作系统提供的，不同操作系统提供的接口可能不一样，从而需要在每个系统上重新编写。
• 库函数一般是轻型的操作，比如字符串操作、数学计算等，而系统调用需要操作系统提供的底层资源，比如文件系统、网络等。
• 库函数的执行效率比系统调用高，因为没有内核态切换和系统调用的开销。所以我们应该在程序中尽量多使用库函数。

示例

库函数示例

下面是一个利用库函数strlen计算字符串长度的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(){
    char *str = "Hello World!";
    int len = strlen(str);
    printf("The length of the string is %d.\n", len);
    return 0;
}

在上面的程序中，我们使用了库函数strlen来计算字符串的长度，这个函数简洁明了，是我们平常编写程序常用的一个函数。

系统调用示例

下面是一个利用系统调用write向文件中写入数据的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(){
    int fd, w;
    char *str = "Hello World!";
    fd = open("test.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0666);
    if(fd == -1){
        perror("open");
        return 1;
    }
    w = write(fd, str, strlen(str));
    if(w < 0){
        perror("write");
        return 1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}

在上面的程序中，我们使用了系统调用open和write来向文件中写入数据。这个程序涉及到了文件系统的操作，所以需要使用到系统调用。