【Linux】进程概念-2

1.环境变量

1.1 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：我们在编写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

1.2 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。

1.3 查看环境变量方法

echo $NAME //NAME:你的环境变量名称

1.4 测试PATH

1.创建hello.c文件

#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("hello world!");
	return 0;
}

2.对比./hello执行和直接hello执行
3.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？
4.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
5.对比测试
6.还有什么方法可以不用带路径，直接就可以运行呢？

1.5 测试HOME

1.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。

1.6 和环境变量相关的命令

1.echo：显示某个环境变量值
2.export：设置一个新的环境变量
3.env：显示所有环境变量
4.unset：清楚环境变量
5.set：显示本地定义的shell变量和环境变量

1.7 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

1.8 通过代码如何获取环境变量

命令行第三个参数

#include <stdio.h>

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

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	extern char **environ;
	int i = 0;
	for(; environ[i]; i++)
	{
		printf("%s\n", environ[i]);
	}
	return 0;
}

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。

1.9 通过系统调用获取或设置环境变量

1.putenv
2.getenv

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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。

1.10 环境变量通常是具有全局属性的

环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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。
1.导出环境变量 export MYENV = “hello world”
2.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！想想为什么？

1.11 实验

1.如果只进行MYENV = “helloworld”, 不调用export导出，在用我们的程序查看，会有什么结果？为什么？
2.普通变量

2. 程序地址空间

2.1 研究背景

1.kernel 2.6.32
2.32位平台

2.2 程序地址空间回顾

在学习C语言的时候，曾学过这样的空间布局图。

可是我们对它并不理解。
来段代码感受一下

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int g_val = 0;

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		return 0;
	}
	else if(id == 0)
	{
		//child
		printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	else
	{
	//parent
	printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	sleep(1);
	return 0;
}

输出：
//与环境有关，观察现象即可
parent[2995]: 0 : 0x80497d8
child[2996]: 0 : 0x80497d8

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，很好理解呀，因为子进程按照父进程为模板，父子并没有对变量进行任何修改。可是将代码稍加改动：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int g_val = 0;
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(if < 0)
	{
	perror("fork");
	return 0;
	}
	else if(id == 0)
	{
	//child, 子进程肯定先跑完，也就是子进程先修改，完成之后，父进程再读取
	g_val = 100;
	printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	else
	{
	//parent
	sleep(3);
	printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	sleep(1);
	return 0;
}

输出结果：
// 与环境有关，观察现象即可
child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045]: 0 : 0x80497e8

我们发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！能得出如下结论：
1.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；
2.但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
3.在Linux地址下，这种地址叫做虚拟地址；
4.我们在用C/C++语言所看到的地址，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。

2.3 进程地址空间

所以之前说“程序的地址空间”是不准确的，准确的应该说成进程地址空间，那该如何理解呢？看图：
分页&虚拟地址空间

说明:上面在图就足以说明问题，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！

3.Linux2.6内核进程调度队列-选学

上图是Linux2.6内核中进程对列的数据结构，之间关系也已经给大家画出来，方便大家理解。

3.1 一个CPU拥有一个runqueue

如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡文问题。

3.2 优先级

1.普通优先级：100~139（我们都是普通的优先级，想想nice值的取值范围，可与之对应！）
2.实时优先级：0~99（不关心）

3.3 活动队列

1.时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列
2.nr_active：总共有多少个运行状态的进程
3.queue[140]: 一个元素就是一个进程对列，相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度。所以，数组下标就是优先级！
4.从该结构中，选择一个最合适的进程，过程是怎么样的呢？
4.1 从0下标开始遍历queue[140]
4.2 找到第一个空队列，该队列必定为优先级最高的队列
4.3 拿到选中队列的第一个进程，开始运行，调度完成
4.4 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！
5.bitmap[5]: 一共140个优先级，一共140个进程对列，为了提高找非空队列的效率，就可以用5*32个比特位表示队列是否为空，这样，便可以大大提高查找效率！

3.4 过期对列

1.过期队列和活动队列结构一模一样
2.过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程
3.当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算

3.5 active指针和expire指针

1.active指针永远指向活动队列
2.expire指针永远指向过期队列
3.可是活动队列上的进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期时一直都存在的。
4.没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expire指针的内容，就相当于又具有了一批新的活动进程。

3.6 总结

在系统当中查找一个最合适调度的进程的时间复杂度是一个常数，不随着进程增多而导致时间成本增加，我们称之为进程调度O(1)算法！