2024-09-25 环境变量，进程地址空间

一、认识常见的环境变量

1. echo $HOME

输出当前用户对应的家目录
当用户登录系统时，流程如下：
（1）用户登录系统后，系统启动Shell程序。
（2）启动bash shell，准备接收用户指令。
（3）在bash启动过程中，它会读取环境变量配置文件，如 .bashrc 或 .profile 等。
（4）从配置文件中加载重要的环境变量，例如 PATH 和 HOME ：
         PATH变量定义了命令的搜索路径，使得用户可以运行各种程序。
         HOME变量指定了用户的主目录，通常为 /home/usr（usr 应由实际的用户名代替）。
（5）需要注意的是，bash本身也是一个进程，它在操作系统中运行并具有唯一的进程ID。
（6）当bash进程启动时，它会设置当前工作目录（cwd），即当前所在的目录位置。
（7）通常情况下，登录后的bash进程的当前工作目录会设置为用户的主目录，
         例如 cwd -> /home/usr。
（8）用户在命令行输入的每一条命令，都会被bash进程解析并执行。
         这些命令实际上是bash进程的子进程，它们继承了bash进程的环境变量和权限。

2. echo $SHELL

命令的作用是输出当前用户的默认shell的路径。

3. USER

在Linux操作系统中，环境变量USER是用来存储当前登录用户的用户名的。

在编写Shell脚本或程序时，可以使用$USER获取当前登录的用户名，并根据不同的用户执行不同的操作。

二、理解环境变量

系统提供的具有“全局属性”的变量

1. 环境变量和本地变量

export 可以将本地变量导出到环境变量。

环境变量是可以被子进程继承下去的，而本地变量不行。

【Q】那么 fork() 创建的子进程呢？

【A】环境变量可以被所有bash之后的进程看到，所以环境变量具有全局属性。

这样设计的理由如下：

（1）系统的配置信息，尤其是具有“指导性”的配置信息，它是系统配置起效的一种表现

（2）进程具有独立性，环境变量可以用来在进程间传递数据（只读数据）

2. environ

environ 被定义为一个指向 char * 的指针数组，这意味着它是一个指向字符串数组的指针。每个字符串表示一个环境变量，格式为 "NAME=value"

由于 environ 是一个全局变量，因此不需要显式地声明它，但是可以通过 extern 关键字来声明以便使用它

extern char **environ;

这行代码告诉编译器 environ 是一个已经存在的指针数组，可以用来访问环境变量。

遍历方法如下：

int i = 0;
for (; environ[i]; ++i) {
    printf("environ[%d]: %s\n", i, environ[i]);
}

三、进程地址空间 Pt.1

1. 地址空间

高地址

命令行参数 环境变量

栈

⬇️

共享区

⬆️

堆

未初始化数据

初始化数据

正文代码

低地址

进程地址空间不是程序地址空间

• 操作系统让每一个进程都认为自己是独占系统物理内存大小，进程彼此之间不知道，不关心对方的存在，从而实现一定程度的隔离
• 先描述再组织：所谓的进程虚拟地址空间，本质是一个内核数据结构对象（类似PCB）

 2. 区域划分

struct destoproom{
    int start_part1, end_part2;
    int start_part2, end_part2;
};

struct destoproom part = {1, 50, 51, 100};

区域划分的本质：告知开始和结束即可

3. 地址空间上的地址

2^32*1 字节 = 4 GB

一共会存在2^32个地址

• 地址本质上就是一个数字，可以被保存为unsigned long（4字节）
• 空间范围内的地址，可以随便用，暂时不需要记录它的地址

---

操作系统会构建页表，构建虚拟地址和物理地址的映射关系

struct mm_struct + 页表 = 虚拟内存管理方案

父子进程映射到同样的代码内存区域，所以父子进程代码共享（类似浅拷贝）

故在父子进程不修改变量时，数据其实也是共享的

修改 ➡️ 写入 ➡️ 进程具有独立性 ➡️ 把目标内存拷贝一份，修改物理地址，重新建立映射，但虚拟地址不变，上述过程由OS自主完成，被称为写时拷贝机制

进程 = 内核数据结构（task_struct, mm_struct, 页表）+ 自己的代码和数据

进程的独立性：内核数据结构各自一份，代码和数据也是独立的