文件I/O編程之：Linux系統調用及用戶(hù)編程接口（API）

在搭建起嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境之后，從本章開(kāi)始，讀者將真正開(kāi)始學(xué)習嵌入式Linux的應用開(kāi)發(fā)。由于嵌入式Linux是經(jīng)Linux裁減而來(lái)的，它的系統調用及用戶(hù)編程接口API與Linux基本是一致的，因此，在以后的章節中，筆者將首先介紹Linux中相關(guān)內容的基本編程開(kāi)發(fā)，主要講解與嵌入式Linux中一致的部分，然后再將程序移植到嵌入式的開(kāi)發(fā)板上運行。因此，沒(méi)有開(kāi)發(fā)板的讀者也可以先在Linux上開(kāi)發(fā)相關(guān)應用程序，這對以后進(jìn)入嵌入式Linux的實(shí)際開(kāi)發(fā)是十分有幫助的。本章主要講解文件I/O相關(guān)開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)本章的學(xué)習，讀者將會(huì )掌握以下內容。

6.1Linux系統調用及用戶(hù)編程接口（API）

由于本章是講解Linux編程開(kāi)發(fā)的第1章，因此希望讀者更加明確Linux系統調用和用戶(hù)編程接口（API）的概念。在了解了這些之后，會(huì )對Linux以及Linux的應用編程有更深入的理解。

6.1.1系統調用

所謂系統調用是指操作系統提供給用戶(hù)程序調用的一組“特殊”接口，用戶(hù)程序可以通過(guò)這組“特殊”接口來(lái)獲得操作系統內核提供的服務(wù)。例如用戶(hù)可以通過(guò)進(jìn)程控制相關(guān)的系統調用來(lái)創(chuàng )建進(jìn)程、實(shí)現進(jìn)程調度、進(jìn)程管理等。

在這里，為什么用戶(hù)程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)系統內核提供的服務(wù)呢？這是由于在Linux中，為了更好地保護內核空間，將程序的運行空間分為內核空間和用戶(hù)空間（也就是常稱(chēng)的內核態(tài)和用戶(hù)態(tài)），它們分別運行在不同的級別上，在邏輯上是相互隔離的。因此，用戶(hù)進(jìn)程在通常情況下不允許訪(fǎng)問(wèn)內核數據，也無(wú)法使用內核函數，它們只能在用戶(hù)空間操作用戶(hù)數據，調用用戶(hù)空間的函數。

但是，在有些情況下，用戶(hù)空間的進(jìn)程需要獲得一定的系統服務(wù)（調用內核空間程序），這時(shí)操作系統就必須利用系統提供給用戶(hù)的“特殊接口”——系統調用規定用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入內核空間的具體位置。進(jìn)行系統調用時(shí)，程序運行空間需要從用戶(hù)空間進(jìn)入內核空間，處理完后再返回用戶(hù)空間。

Linux系統調用部分是非常精簡(jiǎn)的系統調用（只有250個(gè)左右），它繼承了UNIX系統調用中最基本和最有用的部分。這些系統調用按照功能邏輯大致可分為進(jìn)程控制、進(jìn)程間通信、文件系統控制、系統控制、存儲管理、網(wǎng)絡(luò )管理、socket控制、用戶(hù)管理等幾類(lèi)。

6.1.2用戶(hù)編程接口（API）

前面講到的系統調用并不是直接與程序員進(jìn)行交互的，它僅僅是一個(gè)通過(guò)軟中斷機制向內核提交請求，以獲取內核服務(wù)的接口。在實(shí)際使用中程序員調用的通常是用戶(hù)編程接口——API，也就是本書(shū)后面要講到的API函數。但并不是所有的函數都一一對應一個(gè)系統調用，有時(shí)，一個(gè)API函數會(huì )需要幾個(gè)系統調用來(lái)共同完成函數的功能，甚至還有一些API函數不需要調用相應的系統調用（因此它所完成的不是內核提供的服務(wù)）。

在Linux中，用戶(hù)編程接口（API）遵循了在UNIX中最流行的應用編程界面標準——POSIX標準。POSIX標準是由IEEE和ISO/IEC共同開(kāi)發(fā)的標準系統。該標準基于當時(shí)現有的UNIX實(shí)踐和經(jīng)驗，描述了操作系統的系統調用編程接口（實(shí)際上就是API），用于保證應用程序可以在源代碼一級上在多種操作系統上移植運行。這些系統調用編程接口主要是通過(guò)C庫（libc）實(shí)現的。

6.1.3系統命令

以上講解了系統調用、用戶(hù)編程接口（API）的概念，分析了它們之間的相互關(guān)系，那么，讀者在第2章中學(xué)到的那么多的Shell系統命令與它們之間又是怎樣的關(guān)系呢？

系統命令相對API更高了一層，它實(shí)際上是一個(gè)可執行程序，它的內部引用了用戶(hù)編程接口（API）來(lái)實(shí)現相應的功能。它們之間的關(guān)系如圖6.1所示。

圖6.1系統調用、API及系統命令之間的關(guān)系