1. 什么是 POSIX
参考链接–知乎
POSIX 标准包含了进程管理、文件管理、网络通信、线程和同步、信号处理等方面的功能。
这些接口定义了函数、数据类型和常量等,为开发者提供了一个可移植的方法来与操作系统进行交互。
2. 谁遵守这个标准
遵守 POSIX 标准的主要是 C 实现相关的程序,如操作系统或 C 标准库函数。
2.1 操作系统
操作系统利用 POISX 定义一组通用的 API,将底层操作系统的功能封装起来,从而提供了与具体操作系统无关的高级功能。
即操作系统的 POSIX API 是面向底层硬件的。旨在让用户开发应用程序更方便与硬件交互。
Unix 和 Linux、苹果的Mac OS X、win10 等等都存在 POSIX 标准的系统调用函数。
- 利用 POSIX 函数开发程序示例:
- 利用 linux 下 POSIX 标准的进程管理相关函数做了一个程序
- 将该程序移植到另一个支持 POSIX 的系统上后(如移植到 WIN10),该程序可能不能正常运行
- 分析原因:实现了 POSIX 标准的各个操作系统都有相同的函数结构(结构,返回值等),可以通过 POSIX 标准去理解不同操作系统的同类函数,但命名可能不一样,但肯定存在功能相同的一个函数,需要调整后才能实现跨平台。
2.2 库函数
库函数也分为两类:
一类是 C 语言标准规定的库函数
一类是编译器特定的库函数。
(由于版权原因,库函数的源代码一般是不可见的,但在头文件中你可以看到它对外的接口)
库函数是语言或应用程序的一部分,而系统调用属于系统的一部分。
2.2.1 C 标准库函数
glibc 是 Linux 下使用的开源的标准 C 库,它是 GNU 发布的 libc 库,即运行时库。这些基本函数都是被标准化了的,而且这些函数通常都是用汇编直接实现的。
系统调用是为了方便使用操作系统的接口
,而库函数则是为了人们编程的方便
。
-
下图是 C 标准库函数和系统调用间的关系图
库函数调用与系统无关,不同的系统,调用库函数,库函数会调用不同的底层函数实现,因此可移植性好。
2.2.2 程序的可移植性实现
因为系统调用是最底层的,不太可能在这一层去实现可移植性, 故我们应该在代码层去实现。
- 如 C语言标准库 glibc,该库封装屏蔽了调用操作系统 API 的细节,故程序的可移植性可以通过标准库这个中间层来实现。
- 示例 1
例如在我们的代码中下功夫。以下代码可以帮助我们实现各平台之间的可移植:#ifdef _WINDOWS_CreateThread(); //windows下线程的创建 #elsePthread_create(); //Linux下线程的创建 #endif
- 示例 2
对于头文件,也使用同样的预编译宏来实现。如:#ifndef _WINDOWS_#include <windows.h> #else#include <thread.h> #endif
- 在编译的时候只要通过 #define 就可以选择在那个平台下完成程序的编译。
- 示例 1
综上所述,我们都是将C,C++等各种语言当作中间层,以实现其一定程度上的可移植。如今,语言的跨平台的程序都是以这样的方式实现的。但是在不同的平台下,仍需要重新编译。
3. 库函数 和 系统调用间关系图
以 printf() 函数调用为例:
printf 函数执行过程中,程序运行状态切换如下:
用户态 –> 系统调用 –> 内核态 –> 返回用户态
实例代码如下:
#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv)
{printf(yikoulinux); return 0;
}
编译执行
root@ubuntu:/home/peng/test# gcc 123.c -o run
root@ubuntu:/home/peng/test# strace ./run
注意:运行程序前加上 strace,可以追踪到函数库调用过程,得到结果如下图
如执行结果可知: 我们的程序虽然只有一个 printf 函数,但是在执行过程中,我们前后调用了 execve、access、open、fstat、mmap、brk、write 等系统调用。 其中 write 系统调用会把字符串:yikoulinux 通过设备文件 1,发送到驱动,该设备节点对应终端 stdout。
4. 遵循 POSIX 标准的好处
最大好处就是可以开发出可移植性强的程序(通常利用的是 C 语言标准库函数)。