Linux进程学习【三】

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• Perseverance is not a long race; it is many short races one after another.

  • 毅力不是一场漫长的比赛;是许多短跑一个接一个。

  

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前言

环境变量 是一个即陌生又熟悉的词，说陌生是因为大多数普通用户都接触不到 环境变量 配置，说熟悉是因为很多程序又都离不开 环境变量，比如编写 Java 时需要提前安装 jdk，配置好 Java 的环境，才能正常编写代码，python 也是需要配置编码环境；而在我们的 Linux 中也有环境变量，由 环境变量 构成的集合称做 环境变量表；我们还可以调整 进程 的优先级，使得 进程 运行更加灵活

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正文

环境变量

首先需要先来看看什么是 环境变量

• 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
• 例如在编译程序时，我们是不关心动态库位于什么地方，编译器链接时也只需要通过对应的 环境变量 就能找到动态库进行链接
• 环境变量 有着自己的特殊用途，还有有些具有全局属性，可以供所有 进程 共享

环境变量 有很多个，把它们聚在一起管理，就构成了 环境变量列表

环境变量列表 中的常见 环境变量：

• PATH 系统命令搜索路径
• USER 当前用户名
• PWD 当前所处路径

我们可用通过指令 echo $NAME 查看当前环境变量信息（NAME 指环境变量名）

//比如查看用户信息
$ echo $USER	

️环境变量列表

下面来看看 环境变量列表 长什么样
通过指令查看

$ env

环境变量表是以指针数组的形式存储的

也可以通过 set 指令查看 环境变量表，不过 set 指令显示的内容比 env 多得多，因为 set 还会显示 本地环境变量 信息

$ set	//显示更加丰富的环境变量表

这里简单说一下 PATH 的作用

• Linux 中的各种指令都是用 C语言 编写的程序，所以：运行指令 == 运行程序
• PATH 环境变量中有存储各种指令(程序)的路径，当我们直接输入指令时，OS会根据 PATH 提供的路径搜索程序，找到了就会直接运行对应指令(程序)
• 而我们自己编写的程序则是需要通过 ./可执行程序 的方式运行，因为此时路径不被包含在 PATH 变量中
• 总之：PATH 存储路径中若包含程序，可以直接通过程序名运行程序
• 这就是各种指令，如 ls、pwd、touch 的运行原理

我们可以通过这一特性，将自己的可执行程序路径添加到 PATH 变量中

//注意：路径为绝对路径
//不能写成 export PATH=路径	这样会把所有指令都覆盖
$ export PATH=$PATH:/home/Yohifo/linux/Explore/code/Test_2_21

现在可以像指令一样直接运行程序

注意： 普通用户添加的环境变量只有本次登录有效，下次再登录时，环境变量列表会被重置

普通用户修改 环境变量列表 没什么大问题，但 root 需要谨慎了，避免造成严重后果

除此之外，我们还可以把程序写在 /usr/bin 目录下，此时也是可以直接通过程序名运行程序的

如上就是安装、卸载应用原理

️添加环境变量

shell 可以读取到命令和命令行，我们可以直接通过命令的方式添加 环境变量

先来看看比较简单的 本地变量 添加
环境变量表 具有全局属性，可以供所有子进程共享，倘若我们不想让 环境变量 被共享，可以设置 本地变量

$ TEST=private	//可以直接在命令行中添加本地变量

现在的 TEST 环境变量是不被子进程共享的

如果想删除已经设置的 本地环境变量，可以通过 unset NAME 移除设置

$ unset TEST	//移除已设置的本地环境变量

想让 TEST 进入 环境变量表 也很简单，只需要加上关键字 export

$ export TEST=public	//此时环境变量已进入环境变量表

️获取环境变量

环境变量 针对的是特定的人在特定场合干特定的事，这句话读起来有点绕，实际上：

• 有许多 环境变量 存储的是用户的个人信息，不同用户的 环境变量表 各不相同
• 我们可以利用 环境变量 做信息验证，根据不同变量(选项)执行不同操作

比如 ls 指令是显示当前目录下的文件信息，而 ls -a 则是显示详细信息，原理很简单，调用 ls 程序时传递了 -a 这个选项，使得程序一对比，就知道要执行显示详细信息这个操作

环境变量表具有全局属性，程序运行时，环境变量表会传递给程序使用

因此我们可以在程序中获取 环境变量

• 通过全局变量 environ (char** 类型)获取
• 通过函数 getenv(NAME) 获取，这个比较常用
• 通过 main 函数中的第三个参数 char* envp[] 获取

前两种方式比较简单，可以通过一个小程序观察到，而最后一种方式 需要结合主函数参数 的知识观察，将放在下一个部分详细讲解

先来看看前两种方式获取 环境变量

#include
#include  //getenv 需要使用这个头文件
using namespace std;

extern char** environ; //声明使用

int main()
{
  //cout << "Hello environment variable!" << endl;  //你好环境变量！
  int pos = 0;
  while(pos < 5)
  {
    cout << environ[pos] << endl; //获取部分环境变量信息
    pos++;
  }

  cout << endl << "========================" << endl << endl;

  //通过函数获取
  cout << "PWD=" << getenv("PWD") << endl;

  return 0;
}

可以自己尝试通过 getenv 函数验证本地变量不进入环境变量表这个现象

指令 pwd 实现非常简单，通过 getenv("PWD") 获取信息，再输出即可，我们可以自己实现 mypwd

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
  //调用程序，获取环境变量信息
  cout << getenv("PWD") << endl;
  return 0;
}

一些不带选项，且比较简单的指令，我们是 可以直接利用函数获取 环境变量 模拟实现

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主函数参数

main 函数有两种写法：带参与不带参，平常我们都是使用不带参数的 main 函数作为程序入口，对于函数参数很少关注，今天就来看看 main 函数中的参数吧

️三个参数

main 函数中有三个参数，分别是：

• int argc 传入程序中的元素数，./程序名 算一个
• char* argv[] 传入程序中的元素表，由 bash 制作，传给 main 函数
• char* envp[] 环境变量表，所谓全局性就是指 main 函数可以通过此参数获取到环境变量表的信息

如何证明它们存在呢？
程序就是最好的证明

#include
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[], char* envp[])
{
  cout << "现在传入的有效元素数为：" << argc << endl;
  cout << "==========================" << endl;
  cout << "通过元素表打元素信息" << endl;
  int pos = 0;
  while(pos < argc)
  {
    cout << argv[pos] << endl;
    pos++;
  }
  cout << "==========================" << endl;
  cout << "使用环境变量表获取前五个环境变量信息" << endl;
  pos = 0;
  while(pos < 5)
  {
    cout << envp[pos] << endl;
    pos++;
  }
  
  return 0;
}

main 函数中的三个参数各有各的作用

enpv 也可以获取环境变量，效果等价于 environ

环境变量表 能被共享的本质： 环境变量表会通过传参数的形式传给程序使用

️选项调用

argv 可以实现指定指令完成指定功能的任务

首先我们需要在程序中提前设置好不同选项的运行结果

#include
#include
#include
using namespace std;

//打印提示信息
void Usage(const char* str)
{
  cout << str << " -[a | b | c]" << endl;
}

int main(int argc, char* argv[], char* envp[])
{
  //首先进行身份检验
  if(strcmp(getenv("USER"), "Yohifo") != 0)
  {
    cout << "当前用户为：" << getenv("USER") << endl;
    cout << "非法使用他人程序，操作被拒绝！" << endl;
    return 0;
  }

  //确保选项只有一个
  if(argc != 2)
  {
    cout << "指令错误，尝试重新输入" << endl;
    Usage(argv[0]);
    return 0;
  }

  //验证成功后，进行选项分流
  if(strcmp(argv[1], "-a") == 0)
  {
    cout << "执行 a 任务" << endl;
    cout << "…………………………" << endl;
    cout << "任务执行完成" << endl; 
  }
  else if(strcmp(argv[1], "-b") == 0)
  {
    cout << "执行 b 任务" << endl;
    cout << "…………………………" << endl;
    cout << "任务执行完成" << endl; 
  }
  else if(strcmp(argv[1], "-c") == 0)
  {
    cout << "执行 c 任务" << endl;
    cout << "…………………………" << endl;
    cout << "任务执行完成" << endl;     
  }
  else
  {
    cout << "指令错误，尝试重新输入" << endl;
    Usage(argv[1]);
    return 0;
  }

  return 0;
}

通过不同的选项，调用不同的功能，这就是 main 函数参数存在的意义

选项会同程序名一起，构成一张表，传给 char* argv[] 参数

这种玩法叫做 命令行参数，后续学习中将会经常用到

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进程优先级

进程 还有优先级之分，优先级高的 进程 会被优先调用

CPU 资源是有限的，需要合理分配

• Linux 给我们提供了修改 进程 优先级的权限，目的就是让我们对多任务运行进行合理处理，提高系统运行效率

️优先级查看

在 进程 的PCB信息中，还包含了这些信息：

• UID 身份标识
• PRI 进程优先级，默认为 80
• NI 进程修正值，这个只有 Linux 中有，配合修改优先级，范围为 [-20, 19]

我们可以通过 ps 指令查看进程优先级情况

//注：其中的 myfile 是可执行程序名
$ ps -al | head -1 && ps -al | grep myfile	//查看进程优先级信息

️优先级修改

进程优先级 可以被修改，但很少有人会主动修改

修改步骤

• 输入 top 指令进入任务管理器
• 输入 r 进入修改模式
• 再根据想要修改的进程，输入 PID
• 最后输入 NI 值，完成修改

注意：

• NI值区间为 [-20, 19]，设置时超出部分无效
• 修改优先级时，最终优先级 = 初始优先级 + NI值，优先级的修改行为并不是连续的，每次都是在最开始的基础上进行修改(默认为 80)
• 调度器不允许存在 优先级失衡 的情况，因此优先级修改不能太激进

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进程特点

下面来简单小结一下进程的特点

• 竞争性：CPU 资源有限，进程 间存在竞争
• 独立性：进程 是相互独立运行的，互不干扰 (重要)
• 并行：多个 进程 可以在多个 CPU 上同时运行
• 并发：在一个 CPU 下采用 进程 切换的方式运行多个 进程

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总结

以上就是有关进程学习【三】的全部内容了，本文主要研究对象是 环境变量，知道了 环境变量表 的存在，以及主函数是如何得到 环境变量表 表并实际运用的；最后还谈到了 进程优先级 问题，学习了优先级修改的相关指令；进程 最大的特性之一就是 独立性，父子进程 间会发生 写时拷贝 机制，这种神奇的现象是如何产生的呢？敬请期待下篇中关于 进程地址空间 的相关文章

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