1.环境变量
1.基本概念
- 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
- 如：在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的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进行查找
- 环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性
- 环境变量默认存放在：~/.bash_profile
2.常见环境变量
- PATH : 指定命令的搜索路径
- HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时，默认的目录)
- SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash
3.查看环境变量的方法
echo $NAME // NAME：你的环境变量名称
4.测试PATH
- 创建hello.c文件
- 对比./hello执行和之间hello执行
- 为什么有些指令可以直接执行，不需要带路径，而我们的二进制程序需要带路径才能执行？
- 将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中, export PATH=$PATH:hello程序所在路径
- 有效期限：临时改变，只能在当前的终端窗口中有效，当前窗口关闭后就会恢复原有的path配置
5.测试HOME
- 用root和普通用户，分别执行 echo $HOME，对比差异
- 执行 cd ~; pwd，对应 ~ 和 HOME 的关系
6.和环境变量相关的命令
- echo：显示某个环境变量值
- 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
7.环境变量的组织方式
- 每个程序都会收到一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每个指针指向一个以’\0’结尾的环境字符串
8.通过代码如何获取环境变量
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
int i = 0;
for (; env[i]; i++)
{
printf("%s\n", env[i]);
}
return 0;
}
- 通过第三方变量environ获取
- libc中定义的全局变量environ指向环境变量表，environ没有包含在任何头文件中，所以在使用时要用extern声明
int main(int argc, char *argv[])
{
extern char **environ;
int i = 0;
for (; environ[i]; i++)
{
printf("%s\n", environ[i]);
}
return 0;
}
9.通过系统调用获取或设置环境变量
int main()
{
printf("%s\n", getenv("PATH"));
return 0;
}
- 常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量
10.环境变量通常是具有全局属性
- 子进程的环境变量是从父进程继承来的 --> 环境变量具有全局属性
int main()
{
char *env = getenv("MYENV");
if (env)
{
printf("%s\n", env);
}
return 0;
}
- 直接查看，发现没有结果，说明该环境变量根本不存在
- 导出环境变量 – export MYENV=“hello world”
- 再次运行程序，发现结果有了！
- 说明：环境变量是可以被子进程继承下去的！
- 如果只进行 MYENV＝“helloworld”，不调用export导出，再用我们的程序查看，会有什么结果？为什么？
2.进程地址空间
0.这里的地址空间，是物理内存吗？
int g_val = 0;
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id < 0)
{
perror("fork");
return 0;
}
else if (id == 0)
{
g_val = 100;
printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
else
{
sleep(3);
printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
sleep(1);
return 0;
}
child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045]: 0 : 0x80497e8
- 综上发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！可得出如下结论：
- 变量内容不一样，所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
- 但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
- 在用C/C++所看到的地址，全部都是虚拟地址！
- 物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理，OS必须负责将虚拟地址转化成物理地址
- 发生了写时拷贝
1.为什么不能直接访问物理内存？
- 内存本身是随时可以被读写的
- 比如有一个指针，成了野指针，通过它，访问了别的进程的数据，并且篡改了其数据
- 这样特别不安全！
2.分页&虚拟地址空间
- 上图可看出，同一个变量，地址相同，其实是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址
- 地址空间是一种内核数据结构(mm_struct)，它里面至少要有：各个区域的划分
- 地址空间和页表(用户级)是每一个进程都私有一份
- 只要保证，每一个进程的页表，映射的是物理内存的不同区域，就能做到，进程之间不会互相干扰，保证进程的独立性
3.扩展内容1
- 当程序在编译的时候，形成可执行程序的时候，没有被加载到内存中的时候，程序的内部，有地址吗？
- 地址空间不要仅仅理解成为是OS内部要遵守的，其实编译器也要遵守
- 即编译器编译代码的时候，就已经给用户形成了各个区域，如代码区，数据区等
- 并且，采用和Linux内核中一样的编址方式，给每一个变量，每一行代码都进行了编址
- 故，程序在编译的时候，每一个字段早已经具有了一个虚拟地址
- 程序内部的地址，依旧用的是编译器编译好的虚拟地址，当程序加载到内存的时候，每行代码，每个变量便具有了一个外部的物理地址
- 那么，当CPU读到指令的时候，指令内部也有地址，这个地址是物理地址还是虚拟地址？
4.为什么要有地址空间？
- 凡是非法的访问或者映射，OS都会识别到，并且终止这个进程 --> 有效的保护了物理内存
- 因为地址空间和页表是OS创建并维护的，也就意味着凡是想使用地址空间和页表进行映射，也一定要在OS的监管之下来进行访问
- 也便保护了物理内存中的所有合法数据，包括各个进程以及内核的相关有效数据
- 因为有地址空间&页表映射的存在，物理内存可以对未来的数据进行任意位置加载
- 正因此，物理内存的分配就可以和进程的管理，做到没有关系
- 即：(内存管理模块 vs 进程管理模块) --> 完成了解耦合
- 所以，在C/C++中，new/malloc空间的时候，本质是在哪里申请的？
- 但倘若申请了空间，如果不立马使用，是不是造成了空间的浪费？
- 本质上，(因为有地址空间的存在，所以上层申请空间，其实是在地址空间上申请的，物理内存甚至可以一个字节都不给你！而当你真正进行对物理地址空间访问的时候，才执行内存的相关管理算法，帮你申请内存，构建页表映射关系)，然后再让你进行内存的访问
- 这一整套流程是操作系统自动完成的，用户/进程，都完全0感知
- 此举为延迟分配内存的策略，提高了整机的效率
- 因为在物理内存中，理论上可以任意位置加载，所以物理内存中的几乎所有的数据和代码在内存中都是乱序的
- 但是，因为页表的存在，它可以将地址空间上的虚拟地址和物理地址进行映射，所以在进程的视角，所有的内存分布都是有序的！
- 可以理解成，地址空间是OS给进程画的大饼
- 进程要访问物理内存中的数据和代码，可能目前并没有在物理内存中，同样的，也可以让不同的进程映射到不同的物理内存，这样是不是便很容易做到，进程独立性的实现？
- 因为有地址空间的存在，每一个进程都认为自己拥有4GB空间(x32)，并且各个区域是有序的，进而可以通过页表映射到不同的区域，来实现进程的独立性。每一个进程都不知道，也不需要知道其他进程的存在！
3.重新理解什么是挂起？
- 加载本质就是创建进程，那么是不是必须非得立马把所有的程序的代码和数据加载的内存中，并创建内核数据结构建立映射关系？
- 不是
- 在最极端的情况下，甚至只有内核数据结构被创建出来
- 页表映射的时候，映射的可不仅仅是内存，磁盘中的位置，也可以映射
- 理论上，可以实现对程序的分批加载
- 既然可以分批加载，可以分批换出吗？
- 甚至，这个进程短时间不会再执行了，比如阻塞
- 进程的数据和代码被换出了，就叫做挂起
