参考文献 华清远见《FS-MP1A开发教程-2022-04-01》

1. 系统调用

​ 操作系统负责管理和分配所有的计算机资源。为了更好地服务于应用程序，操作系统提供了一组特殊接口—系统调用。通过这组接口，用户程序可以使用操作系统内核提供的各种功能，如分配内存、创建进程、实现进程之间的通信等。
​ 为什么不允许程序直接访问计算机资源？答案是不安全。单片机开发中，由于不需要操作系统，所以开发人员可以编写代码直接访问硬件。而在嵌入式系统中通常都要运行操作系统，程序访问资源的方式就发生了改变。操作系统基本上都支持多任务，即同时可以运行多
个程序。如果允许程序直接访问系统资源，肯定会带来很多问题。因此，所有软硬件资源的管理和分配都由操作系统负责。程序要获取资源（如分配内存、读写串口）必须通过操作系统来完成，即用户程序向操作系统发出服务请求，操作系统收到请求后执行相关的代码来处
理。
​ 用户程序向操作系统提出请求的接口就是系统调用。所有的操作系统都会提供系统调用接口，只不过不同的操作系统提供的系统调用接口各不相同。Linux 系统调用接口非常精简，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大致可分为进程控制、进程间通信、文件系统控制、存储管理、网络管理、套接字控制、用户管理等。

2. 用户程序编程接口

​ 前面提到利用系统调用接口程序可以访问各种资源，但在实际开发中程序并不直接使用系统调用接口，而是使用用户程序编程接口API）。

​ 为什么不直接使用系统调用接口呢？原因如下。
​ 系统调用接口功能非常简单，无法满足程序的需求。
​ 不同操作系统的系统调用接口不兼容，程序移植时工作量大。

​ 用户程序编程接口通俗的解释就是各种库（最重要的就是 C 库）中的函数。为了提高开发效率，C 库中实现了很多函数。这些函数实现了常用的功能，供程序员调用。这样一来，程序员不需要自己编写这些代码，直接调用库函数就可以实现基本功能，提高了代码的复用率。使用用户程序编程接口还有一个好处：程序具有良好的可移植性。几乎所有的操作系统上都实现了 C 库，所以程序通常只需要重新编译一下就可以在其他操作系统下运行。

​ 用户程序编程接口（API）在实现时，通常都要依赖系统调用接口。例如，创建进程的API 函数 fork()对应于内核空间的 sys_fork()系统调用。很多 API 函数需要通过多个系统调用来完成其功能。还有一些 API 函数不需要调用任何系统调用。在 Linux 中，用户程序编程接口（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。

3. Linux标准IO

​ 标准 I/O 指的是 ANSI C 中定义的用于 I/O 操作的一系列函数。
​ 只要操作系统中安装了 C 库，标准 I/O 函数就可以调用。换句话说，如果程序中使用的是标准 I/O 函数，那么源代码不需要修改就可以在其他操作系统下编译运行，具有更好的可移植性。
​ 除此之外，使用标准 I/O 可以减少系统调用的次数，提高系统效率。标准 I/O 函数在执行时也会用到系统调用。在执行系统调用时，Linux 必须从用户态切换到内核态，处理相应的请求，然后再返回到用户态。如果频繁地执行系统调用会增加系统的开销。为了避免这种
情况，标准 I/O 使用时在用户空间创建缓冲区，读写时先操作缓冲区，在合适的时机再通过系统调用访问实际的文件，从而减少了使用系统调用的次数。

3.1 流的含义

​ 标准 I/O 的核心对象就是流。当用标准 I/O 打开一个文件时，就会创建一个 FILE 结构体描述该文件（或者理解为创建一个 FILE 结构体和实际打开的文件关联起来）。我们把这个FILE 结构体形象地称为流。标准 I/O 函数都基于流进行各种操作。