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O编程之Linux系统调用及用户编程接口API

发布时间:2020-07-21 17:36:22 阅读: 来源:FTC蓄能节能保温材料厂家

在搭建起嵌入式开发环境之后,从本章开始,读者将真正开始学习嵌入式Linux的应用开发。由于嵌入式Linux是经Linux裁减而来的,它的系统调用及用户编程接口API与Linux基本是一致的,因此,在以后的章节中,笔者将首先介绍Linux中相关内容的基本编程开发,主要讲解与嵌入式Linux中一致的部分,然后再将程序移植到嵌入式的开发板上运行。因此,没有开发板的读者也可以先在Linux上开发相关应用程序,这对以后进入嵌入式Linux的实际开发是十分有帮助的。本章主要讲解文件I/O相关开发,经过本章的学习,读者将会掌握以下内容。

本文引用地址:

6.1Linux系统调用及用户编程接口(API)由于本章是讲解Linux编程开发的第1章,因此希望读者更加明确Linux系统调用和用户编程接口(API)的概念。在了解了这些之后,会对Linux以及Linux的应用编程有更深入的理解。

6.1.1系统调用所谓系统调用是指操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口,用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务。例如用户可以通过进程控制相关的系统调用来创建进程、实现进程调度、进程管理等。

在这里,为什么用户程序不能直接访问系统内核提供的服务呢?这是由于在Linux中,为了更好地保护内核空间,将程序的运行空间分为内核空间和用户空间(也就是常称的内核态和用户态),它们分别运行在不同的级别上,在逻辑上是相互隔离的。因此,用户进程在通常情况下不允许访问内核数据,也无法使用内核函数,它们只能在用户空间操作用户数据,调用用户空间的函数。

但是,在有些情况下,用户空间的进程需要获得一定的系统服务(调用内核空间程序),这时操作系统就必须利用系统提供给用户的“特殊接口”——系统调用规定用户进程进入内核空间的具体位置。进行系统调用时,程序运行空间需要从用户空间进入内核空间,处理完后再返回用户空间。

Linux系统调用部分是非常精简的系统调用(只有250个左右),它继承了UNIX系统调用中最基本和最有用的部分。这些系统调用按照功能逻辑大致可分为进程控制、进程间通信、文件系统控制、系统控制、存储管理、网络管理、socket控制、用户管理等几类。

6.1.2用户编程接口(API)前面讲到的系统调用并不是直接与程序员进行交互的,它仅仅是一个通过软中断机制向内核提交请求,以获取内核服务的接口。在实际使用中程序员调用的通常是用户编程接口——API,也就是本书后面要讲到的API函数。但并不是所有的函数都一一对应一个系统调用,有时,一个API函数会需要几个系统调用来共同完成函数的功能,甚至还有一些API函数不需要调用相应的系统调用(因此它所完成的不是内核提供的服务)。

在Linux中,用户编程接口(API)遵循了在UNIX中最流行的应用编程界面标准——POSIX标准。POSIX标准是由IEEE和ISO/IEC共同开发的标准系统。该标准基于当时现有的UNIX实践和经验,描述了操作系统的系统调用编程接口(实际上就是API),用于保证应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行。这些系统调用编程接口主要是通过C库(libc)实现的。

6.1.3系统命令以上讲解了系统调用、用户编程接口(API)的概念,分析了它们之间的相互关系,那么,读者在第2章中学到的那么多的Shell系统命令与它们之间又是怎样的关系呢?

系统命令相对API更高了一层,它实际上是一个可执行程序,它的内部引用了用户编程接口(API)来实现相应的功能。它们之间的关系如图6.1所示。

图6.1系统调用、API及系统命令之间的关系

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