Linux进程概念（三）

环境变量

什么是环境变量

我们所有写的程序都需要指定路径才能运行，就像这样：（程序里面是打印DLC循环）



生成的etv是一个可执行程序，但是我们平时使用的指令比如 ls 等等也都是可执行程序，但是并不需要指定目录在哪里才可以使用。
如果将刚才写的etv程序拷贝到/usr/bin 会不会与ls一样可以直接使用？

这样是可以的，但是非常不建议，因为这个程序相当于安装到了系统中，Linux下拷贝就是安装。
那么系统是如何找到的，是因为有一个环境变量——PATH，他在全局都是有效的，是系统默认的指令搜索路径（想查看前面加$）：

这是查看PATH环境变量中的内容，用 : 隔开的是不同路径。
添加路径：

只不过这样也就等于把原来的路径覆盖了，只剩下的/home/mfc这个目录了，也就等于在想执行 sl 这种就需要取指定目录才可以。
不过不用担心，重新登陆Linux就可以了，因为这是内存上的改变。

那么我们需要保留原来的并且再添加新的：

这样也不会影响原来的sl等。
在打开Linux的时候bash因为要处理用户的命令，这些命令也是程序，运行程序需要指定路径，所以操作系统就提前将这些指令的路径放在了专属的配置文件，在启动操作系统时将这个文件导入内存中形成一个内存级变量，这就是环境变量。
那么最开始的环境变量是怎么来的呢？

这两个文件里面内容是脚本，内容就是将环境变量导入当前的shell中（这个环境变量是内存级的）。

常见环境变量

HOME 当前用户的工作目录
HOSTNAME 当前主机名
LOGNAME 当前用户名

HISTSIZE 显示储存多少命令内容（历史输入的命令，有一个命令可以查看历史输入的命令，history）

环境变量相关命令

echo: 显示某个环境变量值（记得加$）
export: 设置一个新的环境变量
env: 显示所有环境变量

unset: 清除环境变量

set: 显示本地定义的shell变量和环境变量

环境变量的全局属性

我们也可以定义本地变量：

但是本地变量是无法被子进程继承，我们用一段代码来验证：

参数是定义的变量，如果有这个环境变量就返回一个数值，没有就返回空指针。


这是因为我们刚才定义的变量是在bash上的，bash是一个系统进程，我们的etv是一个可执行文件，运行起来也是一个进程，就是bash的子进程，刚才定义的变量也叫本地变量，不具有全局属性，所以没有传到etv进程里面，就像C语言当中的全局变量和局部变量一样。

这里将本地变量变成环境变量。

环境变量是具有全局属性的，会被子进程继承下去。

PWD

执行可执行程序在当前路径是需要带路径的，但是ls并不需要，这是为什么呢？
因为有一个环境变量PWD是当前路径：
上面我们知道了环境变量会被子进程继承，ls是bash的子进程，所以继承了这个环境变量，就知道了当前路径，所以可以这样执行命令：

main函数的三个参数

在调用某个程序的时候是调用main函数然后才开始运行，那么我们在调用某个程序的时候会带选项，其实这些选项就是前两个参数，第三个参数就是环境变量的参数。
argc是代表有多少个选项，argv[]是一个指针数组，里面是char*，储存的就是程序名与选项，env[]是储存环境变量的指针数组。
先来看看argv与argv[]：


对着这段命令行解析是这样的：

这个过程是由shell和系统来完成的。
这时就平时带选项程序是如何完成各个功能的原因。
然后来看看第三个参数：


这里就是环境变量了。
当然获取环境变量还有一种方法，C语言提供了一个第三方的变量：

这个是全局环境变量的指针，也就是指向env[]那个表，这样main函数不用传参也可以获取环境变量。


使用之前必须声明一下自己要用environ变量。

进程地址空间

之前有过一张在C/C++语言层面上的地址空间图：

磁盘上面写的程序都是需要先加载到内存里才能运行的，那么这张图是物理方面的内存嘛？并不是，来看这段代码：


每个进程都是有独立性的，按理来说应该是都有单独的空间，可是在两个进程运行中，全局变量a的地址竟然是一样的，这难道说明a是被两个进程公用的吗？但是a在子进程当中又被改掉了，可是父进程当中的却没有改变，地址也完全相同。
这是因为当前显示a的地址是虚拟地址。
我们之前在用VS编译器调试的时候看到的地址都是虚拟地址，物理地址普通用户看不到，这些都由操作系统来管理。

什么是进程地址空间

下面我用32位机器举例子。
那么既然地址空间是虚拟空间，到底有什么用处，到底是怎么实现的呢？
虚拟空间是操作系统防止用户把物理内存给玩坏所弄出来的空间，是通过页表来进行映射和管理的：
在32位的机器中，操作系统会给每个进程“画个大饼”，说你们每个进程都可以分配到2^32字节（约等于4GB）的空间大小，并且每个地址都是独立不冲突的。
普通进程当然不可能一下子全都使用掉，所以理论上来说每个进程都可以有4GB的空间，但是如果某个进程需要的不是特别多或者是需要的特别多，这个时候操作系统就会调整大小了。

首先来看看进程地址空间是什么原理：
在linux源码当中，地址空间是一个mm_struct的数据结构，大概是这样的

struct mm_struct
{uint32_t code_start,code_end;uint32_t data_start,data_end;uint32_t heap_start,heap_end;uint32_t stack_start,stack_end;
};

不同区域分别赋值不同的地址就好了，如果有需要再去调整就好了，毕竟这是虚拟地址，怎么搞都搞不坏。
也就是说虚拟空间的本质就是控制这些数据而已。

进程地址空间，页表，内存的关系

一个程序在磁盘里，先放入内存中，然后代码跑起来，代码也是需要储存在内存上的，并且内存当中是类似于数组形式的，一个page位4kb大小。
进程在运行的时候有自己的虚拟地址空间，然后通过页表来映射到物理内存上的。
这些都是由操作系统完成的。
这也就能解释刚开始代码为什么是显示的是同一个地址，子进程改变了数值父进程却没有改变。
因为每个进程都有独立的进程地址空间和页表：

页表不单单只是映射，并且还会去判断，拦截（所有进程都不例外）像刚开始写的那段代码，因为子进程是父进程创建的，那么子进程的地址空间内容是从父进程拷贝而来的，但是页表会发现原本映射出来的位置已经被占有了，这个时候就会在另一处先开辟空间，然后拷贝父进程在内存中的内容到新开辟的空间当中，然后更改页表的映射，这个叫做写时拷贝，这样父进程和子进程就是两个完全独立的空间。

为什么存在进程地址空间

1.防止进程在物理内存当中进行越界的非法操作。（上面的例子已证明）
2.更方便进程和进程的数据代码解耦，保证了进程独立性的特征。（上面的例子已证明）
3.
遵守进程地址空间的不仅仅是操作系统还有编译器！
假设我写了一个程序my.exe。

程序在磁盘的时候是有地址的，逻辑地址（在linux当中也可以称为虚拟地址）
在进程指向进程地址空间的时候，CPU去读取指令，main函数，因为每一条指令都是有虚拟地址的，所以就能找到fun函数，还有a的位置。
CPU的寄存器中储存的就是虚拟地址，通过main函数的虚拟地址然后找到内存中的main然后解析代码，然后调用fun的时候又通过页表映射到了进程地址空间当中，CPU又拿到了fun函数的虚拟地址，然后再映射到物理内存当中，这就是我们调试代码中看到的内存地址编号就是虚拟地址空间。
上面的运行模式也说明了CPU从头到尾都没有见到过物理内存地址，就算是内存中代码的内部使用的也全都是虚拟地址。
至于逻辑地址和虚拟地址的区别，现在用的逻辑地址也是划分区域，代码区，数据区等等，恰好与虚拟地址的编号差不多，所以加载到内存当中使用的就是虚拟地址了。
旧版的逻辑地址就比较繁琐了，是靠偏移量来找到物理内存中数据的地址。

这说明进程地址空间方便了进程以统一视角来看到对应的代码，数据等各个区域，也方便编译器用同一个规则进行编译。（规则是一样的，编译完即可使用）
最后说明：

命令行参数环境变量就是那个environ。