从零开始UNIX环境高级编程(7):进程环境
2017-04-24 本文已影响198人
伤口不该结疤
0. 引言
在学习进程控制前，先了解进程运行的环境，如：main函数是如何被调用的；命令行参数是如何传递给新程序的；程序在内存空间中是什么样的结构；进程的终止方式等。
进程环境
1. main函数
1.1 程序执行的入口函数
虽然C程序总是从main函数开始执行，但是内核使用exec函数执行C程序时，在调用main前会先调用一个启动例程，这个启动例程就是_start。以下面这段代码为例，通过gcc test.c -o test编译生成可执行文件test。
/*test.c*/
int main()
{
return 0;
}
使用objdump对test进行分析，得到反汇编结果如下，可以看出main函数地址为0x4004b4，在_start有去调用到mov $0x4004b4,%rdi。这个示例只是为了证明main函数是由启动例程_start调用的，此处不过多的去探究反汇编得到的这些符号的含义，有兴趣的同学可以参考 程序员的自我修养：链接、装载与库中第11章的第1节 入口函数和程序初始化。
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ objdump -S -d signal.o
... ...
00000000004003d0 <_start>:
4003d0: 31 ed xor %ebp,%ebp
4003d2: 49 89 d1 mov %rdx,%r9
4003d5: 5e pop %rsi
4003d6: 48 89 e2 mov %rsp,%rdx
4003d9: 48 83 e4 f0 and $0xfffffffffffffff0,%rsp
4003dd: 50 push %rax
4003de: 54 push %rsp
4003df: 49 c7 c0 50 05 40 00 mov $0x400550,%r8
4003e6: 48 c7 c1 c0 04 40 00 mov $0x4004c0,%rcx
4003ed: 48 c7 c7 b4 04 40 00 mov $0x4004b4,%rdi
4003f4: e8 c7 ff ff ff callq 4003c0 <__libc_start_main@plt>
4003f9: f4 hlt
4003fa: 90 nop
4003fb: 90 nop
... ...
00000000004004b4 <main>:
4004b4: 55 push %rbp
4004b5: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4004b8: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4004bd: 5d pop %rbp
4004be: c3 retq
4004bf: 90 nop
... ...
1.2 命令行参数
接着来看main函数的参数，main函数原型如下
int main(int argc, char const *argv[])
通过命令行运行一个C程序时，我们可以通过命令行传入参数。main函数中的参数argc表示参数个数，argv中存放的是参数值。
-
示例
使用如下代码打印出从命令行传入的参数
#include "apue.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{
int i = 0;
for (i = 0; i < argc; i++)
printf("%s\n", argv[i]);
return 0;
}
- 运行结果
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ cc get_arg.c -o get_arg
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ./get_arg
./get_arg
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ./get_arg test1 test2 test3
./get_arg
test1
test2
test3
1.3 环境表
大多数UNIX系统支持main函数带3个参数，其中第3个参数envp就是环境变量表的地址，和argv一样，evnp也是一个数组
int main(int argc, char const *argv[], char *envp[])
envp示意图
-
示例
打印出当前程序的环境变量表
#include "apue.h"
void printinfo(char * info)
{
int i = 0;
while (info[i] != '\0')
{
printf("%c", info[i]);
i++;
}
printf(" ");
}
int main(int argc, char const *argv[], char *envp[])
{
while (*envp != NULL)
{
printinfo(*envp);
envp++;
}
printf("\n");
return 0;
}
-
运行结果
由于打印的环境变量值太多，省略部分打印结果。
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ cc get_environ.c -o get_environ
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ./get_environ
SSH_AGENT_PID=2030 SHELL=/bin/bash OLDPWD=/home/ckt/work/unix/code/chapter10
LANG=en_US.UTF-8 HOME=/home/ckt _=./get_environ
2. C程序的存储空间布局
C程序通常由5个部分组成：
- 正文段(.text)：存放CPU的机器指令
- 初始化数据段(.data)：存放全局静态变量和局部静态变量
- 未初始化数据段(.bss)：存未初始化的全局变量和局部静态变量
- 栈(stack)：存放局部变量和函数调用时所需保存的信息
- 堆(heap)：动态分配的变量
典型的存储空间安排
我们同样可以通过objdump去分析各个段，如果想要了解更多细节，请参考使用readelf和objdump解析目标文件
程序与目标文件对应关系
3. 共享库
共享库使得可执行文件中不再需要包含公用的库函数，只需要在进程可引用的储存区保存这个库例程的一个副本。共享库有以下两个优点：
1. 减少了可执行文件的长度
2. 可以用库函数的新版本代替老版本，而无需对使用该库的程序重新连接编辑
- 示例
先用无共享方式创建可执行文件a.out，并使用size命令查看正文段和数据段的长度
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ gcc -static test.c
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ls -l a.out
-rwxrwxr-x 1 ckt ckt 883375 Apr 24 04:30 a.out
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ size a.out
text data bss dec hex filename
790568 6128 11272 807968 c5420 a.out
再使用共享库编译此程序，得到的可执行文件的正文和数据段长度明显减小
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ gcc test.c
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ls -l a.out
-rwxrwxr-x 1 ckt ckt 8326 Apr 24 04:30 a.out
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ size a.out
text data bss dec hex filename
1076 496 16 1588 634 a.out
4. 动态存储空间分配
存储空间分配
5. 环境变量
当我们登录Linux之后，使用shell来跟系统进行通信，在进入shell之前，系统需要一些变量来提供它的数据访问(如是否显示彩色、当前路径和主文件夹的路径等)，这些变量就是环境变量。为了区别于自定义变量，环境变量通常用大写字符表示。
5.1 终端中获取和设置环境变量
使用env命令可以列出当前shell环境下的所有环境变量
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ env
SSH_AGENT_PID=2030
GPG_AGENT_INFO=/tmp/keyring-NWSXuo/gpg:0:1
TERM=xterm
SHELL=/bin/bash
XDG_SESSION_COOKIE=b2968a33ddb5564574638ff00000000f-1492995827.229855-1165390831
WINDOWID=71303173
OLDPWD=/home/ckt/work/unix/code/chapter10
GNOME_KEYRING_CONTROL=/tmp/keyring-NWSXuo
USER=ckt
... ...
使用echo $环境变量名命令可以查看单个环境变量，例如，当前路径保存在环境变量PWD中
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ echo $PWD
/home/ckt/work/unix/code/chapter7
使用PATH=$PATH:/home/ckt/work/unix/给PTAH变量追加路径/home/ckt/work/unix/
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ echo $PATH
/home/ckt/work/msm8939-la-2-1/LINUX/android/out/host/linux-x86/bin:/home/ckt/work/adt-bundle-linux-x86_64-20140702/sdk/platform-tools:/home/ckt/bin:/usr/lib/lightdm/lightdm:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ PATH=$PATH:/home/ckt/work/unix/
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ echo $PATH
/home/ckt/work/msm8939-la-2-1/LINUX/android/out/host/linux-x86/bin:/home/ckt/work/adt-bundle-linux-x86_64-20140702/sdk/platform-tools:/home/ckt/bin:/usr/lib/lightdm/lightdm:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/home/ckt/work/unix/
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$
5.2 使用getenv获得环境变量
- 示例
#include "apue.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{
char * home = NULL;
char * shell = NULL;
char * path = NULL;
if ((home = getenv("HOME")) != NULL)
printf("%s\n", home);
if ((shell = getenv("SHELL")) != NULL)
printf("%s\n", shell);
if ((path = getenv("PATH")) != NULL)
printf("%s\n", path);
return 0;
}
- 运行结果
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ cc getenv_test.c -o getenv_test
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ./getenv_test
/home/ckt
/bin/bash
/home/ckt/work/msm8939-la-2-1/LINUX/android/out/host/linux-x86/bin:/home/ckt/work/adt-bundle-linux-x86_64-20140702/sdk/platform-tools:/home/ckt/bin:/usr/lib/lightdm/lightdm:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games
5.3 通过函数设置环境变量
- 示例
#include "apue.h"
void print_pwd(char * info)
{
char * pwd = NULL;
printf("%s : ", info);
if ((pwd = getenv("PWD")) != NULL)
printf("%s\n", pwd);
else
printf("pwd is NULL \n");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
print_pwd("before setenv");
if (setenv("PWD", "test", 1) < 0)
err_sys("setenv error");
print_pwd("after setenv");
if (unsetenv("PWD") < 0)
err_sys("unsetenv error");
print_pwd("after unsetenv");
return 0;
}
- 运行结果
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ cc setenv_test.c -o setenv_test
ckt@ubuntu:~/work/unix/code/chapter7$ ./setenv_test
before setenv : /home/ckt/work/unix/code/chapter7
after setenv : test
after unsetenv : pwd is NULL
6. 进程终止
进程终止
参考
- 《UNIX环境高级编程（第3版）》第7章 进程环境
- 《鸟哥的Linux私房菜(第三版)》 第11章 认识和学习 BASH
- 《程序员的自我修养：链接、装载与库》第3章 目标文件里面有什么
- 《程序员的自我修养：链接、装载与库》第11章 运行库
- main函数和启动例程
