【Linux】进程＞环境变量&&地址空间&&进程调度

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 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: 清除环境变量
5. set: 显示本地定义的shell变量和环境变量

1.5 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

1.6 通过代码如何获取环境变量

1.6.1 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;
}

1.6.2 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

1.7 通过系统调用获取或设置环境变量

• getnev

#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

1.8 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

• 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！

2.程序地址空间

2.1 研究背景

• kernel 2.6.32
• 32位平台

2.2 程序地址空间回顾

在C语言的时候，有这样的空间布局图

可是我们对他并不理解

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;
}

输出结果：

//与环境相关，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版，父子并没有对变量进行进行任何修改。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 (id < 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：

//与环境相关，观察现象即可
child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045] : 0 : 0x80497e8比

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:

• 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Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址
• 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

说明:

上面的图就足矣说名问题，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

上图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构

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问题

3.2 优先级

• 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！）
• 实时优先级：0～99（不关心）

3.3 活动队列

• 时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列
• nr_active: 总共有多少个运行状态的进程
• queue[140]: 一个元素就是一个进程队列，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！

从该结构中，选择一个最合适的进程，过程是怎么的呢？

1. 从0下表开始遍历queue[140]
2. 找到第一个非空队列，该队列必定为优先级最高的队列
3. 拿到选中队列的第一个进程，开始运行，调度完成！
4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！

• bitmap[5]:一共140个优先级，一共140个进程队列，为了提高查找非空队列的效率，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 过期队列

• 过期队列和活动队列结构一模一样
• 过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程
• 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expired指针

• active指针永远指向活动队列
• expired指针永远指向过期队列
• 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
• 没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有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