标准C库和系统调用如何协同工作？

Question

最近我对编译器、标准库和内核的内部工作方式很感兴趣。当我在寻找标准C库的源代码时，我发现了Glibc。但是在Glibc官方网站上所说的是：该库定义了“系统调用”和其他基本功能，如open、malloc、printf、exit...

因此，我猜想Glibc实际上并没有提供标准C库的源代码，而是为这些函数提供系统调用，然后由内核来处理，我是对的吗？

我想了解更多关于这些内容的知识。例如，在 C 程序中，sin、printf 和 strlen 函数是如何执行的？如果 Glibc 只提供系统调用，那么这些函数的实际源代码在哪里？内核如何执行它们？可以在哪里找到执行这些函数的内核部分的源代码？

- user1726549

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glibc的源代码用于构建glibc库。编译器将源代码转换为可执行代码。 - Vaughn Cato

你知道.so和.a文件吗？ - Mike

是的，我知道.so和.a文件。 - user1726549

Answer 1

C库是一个用户空间的库，几乎像任何其他库一样。

系统调用是由内核提供的接口。它们与C标准无关，是特定于操作系统的。虽然UNIX类似的操作系统之间存在一些相似之处，但那是另一个话题。

C库中实现的某些函数最终会以某种方式调用系统调用。但这与任何其他库都是一样的。

我建议查看OpenBSD的C库。Android手机也使用它。它简单、清晰并且文档非常好。您可以在这里找到它。

- Paul Irofti

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声称Android手机使用OpenBSD C库有些牵强，尽管在Android上使用的Bionic C库确实包含了来自3个主要*BSD的代码。 - nos

我同意 @nos 的观点，需要注意的是Android使用Bionic libc，这是一个混合版本... - Mike

只需查看官方存储库中大多数文件的 CVS 标头。例如：https://github.com/android/platform_bionic/tree/master/libc/stdlib - Paul Irofti

Answer 2

Glibc提供了库函数的代码，并提供了系统调用定义。提供的函数中只有很小一部分是真正的系统调用。其他函数的代码嵌入在库中，要么在内部完成所有工作，要么通过内部调用将其委托给内核。您可以查看各种libc源以了解它们的工作原理。 Glibc、Eglibc、Newlib、Dietlibc等源代码都可以供您使用。

尽管可能存在将任何libc调用都与系统调用相关联的操作系统，但出于许多原因，这并不常见。

- Vovanium

Answer 3

您可以在this page中了解系统调用的感觉。它有点陈旧，但可以让您了解实现调用的内核文件的指针和想法。在典型的 Unix 系统中，有低百个系统调用。例如，您可以查看 sys_open 或 sys_write。当您查看类似 fopen 或 open 的调用时，最终它们都映射到 sys_open。像 printf 或 write 这样的东西映射到 sys_write。

内核介质处理诸如对文件的访问之类的事情，因此需要成为一个瓶颈，但是库通过将这些调用包装在有帮助的抽象中使其更容易访问，通常会为给定的系统调用提供多个抽象。库本身不提供系统调用，它设置事物，然后陷入内核，内核实现它们。系统调用实际上是 libc 程序针对内核 API。

一些调用（例如 strlen）根本不需要内核访问，该调用只需要查看已经分配的内存即可。

一个很好的从用户空间探索这个问题的工具是strace。给定一个程序，它将显示程序所做的所有系统调用。您可以使用它来分析libc调用如何映射到系统调用。

- Paul Rubel

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我觉得楼主在寻找你发布的链接中应该包含在第二部分的内容。可惜它还没有准备好。 - Mike