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什么是环境变量
我们所有写的程序都…
环境变量与进程地址空间环境变量什么是环境变量常见环境变量环境变量相关命令环境变量的全局属性PWDmain函数的三个参数进程地址空间什么是进程地址空间进程地址空间页表内存的关系为什么存在进程地址空间环境变量
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。
