首先,什么是API呢?以汽车发动机为例:
档把就是发动机给你提供的api,当你想让汽车前进时只需要将其挂到“D”档位,然后轻踩油门就可以前进了,当你挂挡时你根本就不需要关心汽油是怎么进到发动机的,进到发动机的油量有多少,这些油量被点燃后会产生多少热量,进而会产生多少推力,这些推力又是怎样作用到车轮上等等。
这些细节统统不需要关心,api的作用就是说某个系统能对外提供什么功能,你应该怎样使用这些功能。
从这个角度讲菜单就是餐厅给你提供的“API”,有了菜单后能开始点菜了,至于这些菜是怎么炒出来的你根本就不需要关心;手柄就是游戏给你提供的“API”,你只需要简单按下前进或者后退即可,至于这些是怎么控制游戏中的人物前进或者后退你根本不需要关心;图形界面就是计算机给我们提供的“API”,我们只需要简单的ctrl+c即可copy一份文件,至于到底是怎样拷贝的我们无需关心。
同样,你的代码有一个很棒的功能模块,恰好我也想使用这个模块,但我又懒的去看你的代码,我只想使用你的代码,不像去关心实现细节,你想了想把所有的功能封装在了几个函数上,这几个函数就是这个功能模块对外提供的API。
现在其实你已经明白了,操作系统本身也是一堆代码,它本身也有很多能力可以供我们使用,操作系统就像前面举例中的发动机、餐厅、游戏或者一个代码的功能模块一样,常说的系统调用system call就是操作系统给我们提供的“API”。
通过这些操作系统提供的API,我们可以创建进程、创建线程、读写文件等等,同时我们也根本不需要关心操作系统是如何创建进程、线程的等等。
可是,系统调用毕竟名字很独特,这是有原因的,原因就在于系统调用和普通的API调用不太一样,哪里不一样呢?
相信大家都去银行柜台办理过业务,想一想为什么会有一道玻璃把你和工作人员隔离开来?为什么不直接让你去自己去金库里取钱呢?原因是很显而易见的,为了安全。
同样的道理,对计算机来说,计算机中的各种硬件资源,包括CPU、内存、IO设备等,就是各个进程的“钱”,这些钱(资源)必须由操作系统这个银行保管好,绝不可能任由所有进程来存取,怎么做到这一点呢?很简单实际上就是赋予不同的人不同的权限,只有银行工作人员才有权限进出金库、存取现金,普通人如果进入金库是会触发报警的,也就是说普通人没有权限来进出金库。
实际上计算机中的程序也有不同的权限,普通的程序没有直接访问计算机硬件资源的权限(不考虑特殊情况),而操作系统这个程序则拥有这种特权,权限这一信息又是保存在哪里呢?
答案就在于CPU,CPU中有特定的寄存器保存这一信息,当CPU执行普通程序时权限最小,也就是所说的用户态,当CPU执行操作系统这个程序时权限最大,也就是所说的内核态。
因此,普通程序进行系统调用时会设计到权限的转变,这就是系统调用和普通API之间的一个显著区别。
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