【Linux】从开发到系统管理深入理解环境变量

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前言

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。其在计算机中的结构形式一般是name + value(kv)。
在Windows中，我们有时候在安装某种软件时也需要更改环境变量：

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一、环境变量概念

1.1 为什么需要环境变量？

想象这样一个场景：你在寄快递时不需要每次都手动填写快递公司的地址，因为整个城市已经建立了完善的物流网络。环境变量在计算机系统中扮演着类似的角色——为程序运行提供标准化路径指引。

当我们编译C/C++程序时，从来不知道所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器找到标准库的位置。

1.2 环境变量的本质特征

特性	说明
全局性	对当前用户的所有进程生效
持久性	可通过配置文件永久保存
继承性	子进程自动继承父进程环境变量
动态性	运行时可以即时修改

二、环境变量PATH

2.1 PATH的运作机制

系统中，针对于指令的搜索，Linux系统会提供一个搜索指令的环境变量（PATH）。当我们在终端输入命令时，系统会按照PATH指定的路径顺序查找可执行文件。

echo $PATH	//查看环境变量中的内容
# 查看当前PATH设置
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

其中，多个路径按冒号：分隔，在Linux执行指令时，会依次在路径中搜索某条指令。

例如ls指令，在系统搜索到 usr/bin 路径时，就找到了ls指令，遂执行。

• /usr/local/sbin/ls ❌
• /usr/local/bin/ls ❌
• /usr/sbin/ls ❌
• /usr/bin/ls ✅

而code可执行文件并不在当前系统默认指令搜索路径PATH中，因此无法执行。

我们可以使用以下语句，将自己的可执行文件执行路径添加到PATH中，这样就可以像使用ls指令一样使用可执行文件命令了。

export PATH=$PATH:[可执行文件路径]

2.2 常见环境变量及其作用

项目	用途说明	示例值
PATH	可执行文件搜索路径	/usr/bin:/bin
HOME	当前用户主目录	/home/user
SHELL	默认Shell程序路径	/bin/bash
USER	当前登录用户名	alice

2.3 环境变量操作指南

$ env	//查看所有环境变量
$ echo $HOME	//查看单个变量

除此之外，我们也可以通过c语言程序获取当前环境变量信息，需要用到系统调用函数getenv()。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{//获取PATH环境变量printf("PATH = %s\n",getenv("PATH"));printf("who = %s\n",getenv("USER"));return 0;
}

在USER环境变量中，随着我们切换用户（切到root），USER的值也随着发生变化，这表明了环境变量具备了识别用户的能力。

自定义环境变量：

# 临时设置
$ export MY_VAR="hello"# 永久设置（用户级）
$ echo 'export MY_VAR="hello"' >> ~/.bashrc# 永久设置（系统级）
$ sudo sh -c 'echo "MY_VAR=hello" >> /etc/environment'#取消环境变量
$ unset MY_VALUE       

三、再谈环境变量

3.1main函数命令行参数解析

命令行参数是用户在命令行中输入命令时，所附带的额外信息。它们可以提供给命令的不同选项、标志或参数值，以改变命令的行为或输出。
用来完成指令的解析工作，使命令具有不同的功能。

main函数的三个参数：参数个数、一张命令行参数表、一张环境变量表

int main(int argc, char *argv[], char *env[]) {// argc: 参数个数// argv: 命令行参数数组// env: 环境变量数组
}

命令行参数表：根据不同命令行输入执行不同的内容；
环境变量表：当前的环境变量信息，其内容与env一致

3.2 环境变量的继承机制

我们执行可执行文件main时，系统会先传入两张向量表，代表了需要执行的操作与继承父进程的环境变量信息！

我们所运行的进程都是子进程，bash启动的时候，会从操作系统的配置文件中读取环境变量信息。而子进程会继承父进程的所有环境变量（向量表方式），换句话来说，bash命令下的所有子进程的环境变量信息一致，因此环境变量具有全局属性。

+----------------+
|  登录Shell     |
|  PATH=/usr/bin |
+----------------+|| fork()v
+----------------+
|  用户进程       | (继承PATH)
|  PATH=/usr/bin |
+----------------+|| execve()v
+----------------+
|  新程序        | (可修改自己的环境变量)
|  PATH=/custom |
+----------------+

3.3 本地变量与内部构建命令

类型	作用域	生命周期	子进程可见性
环境变量	全局	会话持续	可见
本地变量	当前Shell	会话持续	不可见

本地变量
所谓本地变量，就是可以直接在命令行定义的变量，显然这样创建的变量并不在环境变量中。本地变量只会在本bash内有效，而不会被子进程集成。

使用set指令用来查看当前系统中的所有本地变量和环境变量。

为何子进程无法继承本地变量，echo同样也会创建子进程继承环境变量，为何与程序不同的是echo可以访问到本地变量MY_VALUE呢？

内部构建命令：

常规命令通过创建子进程完成，内建命令是Shell解释器的原生组成部分，它们不需要创建子进程，而是直接由Shell自身执行，类似与bash调用了自己写的或是系统提供的函数。以上说明，echo是由bash亲自执行的，同样的情况还有cd指令。

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总结

掌握环境变量的正确使用方式，将显著提升开发效率和系统管理能力。建议读者通过man environ命令深入学习相关机制，并在实践中不断探索环境变量的高级用法。

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