【Linux】浅谈环境变量和进程地址空间

news2025/5/14 23:18:48

一、环境变量

基本概念

环境变量（Environment Variables）是操作系统提供的一种机制，用于存储和传递配置信息、系统参数、用户偏好设置等。

环境变量的作用
  1. 配置程序行为：
    程序可以通过环境变量获取配置信息，例如日志级别、数据库连接信息、API 密钥等。
    例如，LOG_LEVEL=DEBUG 可以设置程序的日志级别为调试模式。
  2. 指定系统路径：
    环境变量可以指定程序或库的路径，例如 PATH 环境变量用于指定系统可执行文件的搜索路径。
    例如，PATH=/usr/bin:/bin:/usr/local/bin 表示系统会在这些目录中查找可执行文件。
  3. 传递用户偏好设置：
    环境变量可以存储用户的偏好设置，例如语言环境（LANG）、时区（TZ）等。
    例如，LANG=en_US.UTF-8 设置了系统的语言环境为美国英语，使用 UTF-8 编码。
  4. 动态配置：
    环境变量可以在运行时动态设置和修改，而无需重新编译程序。
    例如，可以在启动脚本中设置环境变量，以控制程序的行为。

常见的环境变量

  1. PATH
    用途：指定系统可执行文件的搜索路径。
    示例：PATH=/usr/bin:/bin:/usr/local/bin
    说明：当用户在终端中输入命令时，系统会在 PATH 指定的目录中查找可执行文件。
  2. HOME
    用途：指定当前用户的主目录路径。
    示例：HOME=/home/user
    说明：程序可以使用 HOME 环境变量来访问用户的主目录，例如保存配置文件。
  3. LANG
    用途：指定系统的语言环境。
    示例：LANG=en_US.UTF-8
    说明：设置系统的语言环境和字符编码，影响程序的输出和国际化行为。
  4. TZ
    用途：指定系统的时区。
    示例：TZ=America/New_York
    说明：设置系统的时区，影响程序中日期和时间的显示。
  5. LD_LIBRARY_PATH
    用途：指定动态链接器搜索动态库的路径。
    示例：LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:/opt/lib
    说明：动态链接器会在 LD_LIBRARY_PATH 指定的目录中查找动态库。
  6. USER
    用途：指定当前登录的用户名。
    示例：USER=zzx
    说明：程序可以使用 USER 环境变量获取当前用户的名称。

查看环境变量

echo $NAME 其中NAME为你要查找的环境变量名称，比如PATH，USER等
在这里插入图片描述

可执行文件的默认执行路径

我们先写一个简单程序

#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("hello world");
	return 0;
}

对上面的源代码编译形成一个可执行文件 hello ，当我们在命令行输入 hello 来执行这个可执行文件时候发现执行不了，报错 Command 'hello' not found 这是为什么呢？
其实在 Linux 和类 Unix 系统中，可执行文件的默认执行路径是由环境变量 PATH 决定的。PATH 环境变量是一个以冒号（:）分隔的目录列表，操作系统会在这些目录中按顺序查找可执行文件，而 hello 这个命令我们默认执行路径也就是PATH指定的路径，而不是当前路径。
解决方法：

  1. 指定当前路径，执行命令 ./hello
  2. 临时修改 PATH 环境变量。将当前路径添加到 PATH 环境变量中，expot PATH=$PATH:hello
  3. 永久修改 PATH 环境变量，通过修改 shell 配置文件，我们可以在配置文件~/.bashrc 中添加下面这段代码
export PATH=$PATH:你的可执行文件所处路径

然后再执行 source ~/.bashrc 是配置文件生效

  1. 创建符号链接到已有的 PATH 目录。
ln -s /path/to/your/program/your_executable /usr/local/bin/your_executable

如果在 /usr/local/bin 中找到了符号链接 your_executable，操作系统会解析这个符号链接，找到它指向的实际文件 /path/to/your/program/your_executable，并运行该文件。

  1. 使用 alias 为程序创建一个简化的命令。
alias myprogram='/path/to/your/program/your_executable'

将上述命令添加到你的 shell 配置文件中（如 ~/.bashrc 或 ~/.zshrc），以永久生效。

环境变量相关命令

  • export : 在全局环境变量表中设置一个全新的环境变量
  • env : 显示所有环境变量
  • unset : 清楚环境变量
  • set : 显示本地定义的shell变量和环境变量

环境变量的组织方式

在这里插入图片描述
每个程序都有一个环境变量表，环境变量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

代码获取环境变量

  • 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 extern 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;
}

通过系统调用获取

通过系统调用 getenv(name) 来获取环境变量，其实现我们可以通过 man 手册来查找（man getenv）
在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	printf("%s\n", getenv("PATH"));
	return 0;
}

子进程继承环境变量

  • 环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去。
代码演示
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	printf("%s\n", getenv("PATH"));
	return 0;
}

由我们在编译上面代码形成可执行程序，在运行时就会帮我们打印 PATH 环境变量可知，环境变量是会被子进程继承的（注意： 任何在命令行执行的可执行文件都是由 shell 进行 fork() 创建的子进程，在通过 进程切换 执行的命令，所以上面可进程就是 shell 的子进程）

程序地址空间

程序地址空间布局：
在这里插入图片描述
但上面的地址空间布局就是物理地址空间布局吗，答案是不是的。
我们可以通过一段程序验证

#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 pid %d : %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    else
    { //parent
        printf("parent pid %d : %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    sleep(1);
    return 0;
}

输出结果：

parent pid 4635 : 0 : 0x56436823f014
child pid 4636 : 0 : 0x56436823f014

我们可以看见父子进程的 gval 的值是不一样的，但地址确实一样的，我们就可以得出一下结论：

  • 我们看到的地址值绝对不是物理地址，而是虚拟地址，即我们在C/C++语言中看到的地址都是虚拟地址！而不是物理地址，物理地址用户是看不到的，统一由操作系统管理
  • OS必须负责虚拟地址带物理地址的转换

进程地址空间

由上面可知 程序地址空间 的说法不准确，那应该为什么呢，准确来说应该为 进程地址空间

虚拟地址转换为物理地址

在这里插入图片描述
通过这个我们就可以看出，同一个变量地址相同，内容不同，其实是虚拟地址空间相同，但是物理内存上的地址其实是不同的。
也就是相当于操作系统给编译器画了一张大饼，告诉编译器这里的空间你全部可以用，但其是并不是全部可以用，你申请空间时 操作系统 就会看你申请的空间物理内存是否足够容纳的下，如果容纳不下，操作系统就不会帮你申请，直接打回你的申请，就像你兄弟告诉你我有100块，你说给我200块，你兄弟说不行一样

浅谈虚拟内存管理

那么既然有虚拟内存，那么操作系统就需要对虚拟内存管理，那操作系统是怎么对虚拟内存管理的呢？
和进程一样，也是先描述，再组织

描述

每一个进程都有一个 task_struct ，在 task_struct 中就有一个描述进程地址空间的结构体 mm_struct （内存描述符）

struct task_struct
{
	/*...*/
	struct mm_struct *mm; //对于普通的⽤⼾进程来说该字段指向他的
	//虚拟地址空间的⽤⼾空间部分，对于内核线程来说这部分为NULL。
	struct mm_struct *active_mm; // 该字段是内核线程使⽤的。当该进程是内核线程时，
	//它的mm字段为NULL，表⽰没有内存地址空间，可也并不是真正的没有，这是因为所有进程关
	//于内核的映射都是⼀样的，内核线程可以使⽤任意进程的地址空间。
	/*...*/
}

struct mm_struct
{
	/*...*/
	struct vm_area_struct *mmap;
	/* 指向虚拟区间(VMA)链表 */
	struct rb_root mm_rb;
	/* red_black树 */
	unsigned long task_size;
	/*具有该结构体的进程的虚拟地址空间的⼤⼩*/
	/*...*/
	// 代码段、数据段、堆栈段、参数段及环境段的起始和结束地址。
	unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
	unsigned long start_brk, brk, start_stack;
	unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
	/*...*/
}

每一个进程都有独立的 mm_struct ，这样保证了进程之间的独立性。

组织

虚拟地址组织方式有两种：

  1. 当虚拟区较少时采取单链表，由 mmap 指针指向这个链表
  2. 当虚拟区间多时采取红黑树进行管理，由 mm_rb 指向这棵树

linux内核使用 vm_area_struct 结构来表示一个独立的虚拟内存区域（VMA）,一个进程使用多个 vm_area_struct 来表示不同位置的虚拟内存区域。

struct vm_area_struct {
	unsigned long vm_start; //虚存区起始
	unsigned long vm_end;
	//虚存区结束
	struct vm_area_struct* vm_next, * vm_prev;
	//前后指针
	struct rb_node vm_rb;
	//红⿊树中的位置
	unsigned long rb_subtree_gap;
	struct mm_struct* vm_mm;
	//所属的 mm_struct
	pgprot_t vm_page_prot;
	unsigned long vm_flags;
	//标志位
	struct {
		struct rb_node rb;
		unsigned long rb_subtree_last;
	} shared;
	struct list_head anon_vma_chain;
	struct anon_vma* anon_vma;
	const struct vm_operations_struct* vm_ops; //vma对应的实际操作
	unsigned long vm_pgoff;
	//⽂件映射偏移量
	struct file* vm_file;
	//映射的⽂件
	void* vm_private_data;
	//私有数据
	atomic_long_t swap_readahead_info;
#ifndef CONFIG_MMU
	struct vm_region* vm_region;
	/* NOMMU mapping region */
#endif
#ifdef CONFIG_NUMA
	struct mempolicy* vm_policy;
	/* NUMA policy for the VMA */
#endif
	struct vm_userfaultfd_ctx vm_userfaultfd_ctx;
} __randomize_layout;

通过上面的描述，我们可以用图来表示以上结构：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

为什么要有虚拟地址空间

  1. 安全风险，如果每个进程都可以访问任意内存空间，那么就意味着任意一个进程都能够读写系统先关的内存区域，如果是一个木马病毒，就意味着可以随意修改内存空间，导致很多不缺定因素
  2. 地址不确定，如果使用的是物理地址，每次运行的程序的地址是不确定的，因为每次运行的程序个数都不一样
  3. 效率低，如果直接使用物理内存的话，一个进程就是作为一个整体（内存块）操作的，如果出现内存不够用，就只能将不常用的进程拷贝到磁盘的交换分区中，等下次内存够了，在加载回来，如果是虚拟地址空间，就可以通过分页管理和页表映射分批加载进程，大大减小了内存的压力，使内存能够以更小的空间做更多的事
  4. 地址空间和页表都是OS来维护的，也就意味着想要使用地址空间和页表映射，就需要OS来监督，这也就保护了物理内存中的合法数据，包括各个进程以及内核的有效数据
  5. 由页表和地址空间的存在，也就意味着物理内存的分配和进程的管理没有关系了，进程管理模块和内存管理模块就完成了解耦
  6. 有了页表，程序在物理内存中理论上就可以在任意位置上加载。但它可以将地址空间上的虚拟地址空间和物理地址空间进程映射，所以在进程视角所有的内存分布都是有序的

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/2317883.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

如何使用 DeepEval 优化 Elasticsearch 中的 RAG 检索

如何使用 DeepEval 优化 Elasticsearch 中的 RAG 检索

作者&#xff1a;来自 Elastic Kritin Vongthongsri 学习如何使用 DeepEval 优化 RAG 流水线中的 Elasticsearch 检索器。 LLMs 容易产生幻觉、缺乏特定领域的专业知识&#xff0c;并受限于上下文窗口。检索增强生成&#xff08;Retrieval-Augmented Generation - RAG&#xff…
阅读更多...
行为模式---状态模式

行为模式---状态模式

概念 状态模式是一种行为模式&#xff0c;用于在内部状态改变的时候改变其行为。它的核心思想就是允许一个对象在其内部状态改变的时候改变它的行为。状态模式通过将对象的状态封装成独立的类&#xff0c;并将其行为委托给当前的状态对象&#xff0c;从而使得对象行为随着状态…
阅读更多...
嵌入式裸机设计--MCU常用裸机架构有哪些？

嵌入式裸机设计--MCU常用裸机架构有哪些？

为什么是裸机设计 792125321入群学习更高效&#xff01; 在MCU&#xff08;微控制器单元&#xff09;裸机开发中&#xff0c;我们常见的架构设计主要围绕如何高效管理资源和任务调度。认识这些开发方式&#xff0c;对我们开发一个小型项目来说及有好处&#xff01; 下面介绍…
阅读更多...
【LInux进程六】命令行参数和环境变量

【LInux进程六】命令行参数和环境变量

【LInux进程六】命令行参数和环境变量 1.main函数的两个参数2.利用main函数实现一个简单的计算器3.环境变量之一&#xff1a;PATH4.修改PATH5.在命令行解释器bash中查看所有环境变量6.用自己写的程序查看环境变量7.main函数的第三个参数8.本地的环境变量和环境变量9.环境变量具…
阅读更多...
激光slam学习笔记10---ubuntu2004部署运行fastlivo2踩坑记录

激光slam学习笔记10---ubuntu2004部署运行fastlivo2踩坑记录

背景&#xff1a;mars实验室又发福利啦&#xff01;跑跑效果&#xff0c;验了那句&#xff0c;mars出品&#xff0c;必属精品&#xff01;本人pc环境ubuntu20.04&#xff0c;基本流程按照readme走就行&#xff0c;sophus和vikit安装有些注意地方。本文做了一些部署踩坑记录&…
阅读更多...
织梦DedeCMS优化文章模版里的“顶一下”与“踩一下”样式

织梦DedeCMS优化文章模版里的“顶一下”与“踩一下”样式

测试的版本5.7.1UTF-8 一、插入<head>Js代码 将下面代码插入到文章模版里的<head>标签里 <script language"javascript" type"text/javascript" src"{dede:global.cfg_cmsurl/}/include/dedeajax2.js"></script> <…
阅读更多...
IDEA+Docker插件一键部署SpringBoot项目到远程服务器

IDEA+Docker插件一键部署SpringBoot项目到远程服务器

文章目录 1. 服务端1.1 安装Docker1.2 Docker放开远程连接1.3 重启Docker1.4 开放端口1.4.1 云端1.4.2 服务器内部防火墙指令 2.IntelliJ IDEA2.1 安装IDEA2.2 安装Docker插件2.3 SSH Configurations2.4 Docker选择对应的SSH2.5 Dockerfile2.5.1 Dockerfile2.5.2 Dockerfile Ed…
阅读更多...
C++基础 [五] - String的模拟实现

C++基础 [五] - String的模拟实现

目录 前言 string类的模拟实现 成员函数的实现 构造函数 拷贝构造函数 赋值运算符重载 析构函数 元素访问的实现 operator[ ] Iterator - 迭代器 容量大小的实现 size capacity reserve ​编辑resize 内容修改的实现 push_back append operator(char ch) …
阅读更多...
AIAgent有哪些不错的开源平台

AIAgent有哪些不错的开源平台

AIAgent领域有许多优秀的开源平台和框架&#xff0c;以下是一些值得推荐的开源平台&#xff1a; AutoGPT AutoGPT 是一个基于 OpenAI 的 GPT-4 和 GPT-3.5 大型语言模型的开源框架&#xff0c;能够根据用户给定的目标自动生成所需提示&#xff0c;并利用多种工具 API 执行多步骤…
阅读更多...
Python刷题：流程控制（上）

Python刷题：流程控制（上）

今天刷的是PythonTip的Python 入门挑战中的题&#xff0c;整体难度不高&#xff0c;适合小白练手以及巩固知识点。下面会进行详细讲解。 每日一句 每一个拼命努力的人&#xff0c;都像是独自穿越黑暗森林的行者&#xff0c; 没有并肩的身影&#xff0c;唯有孤独如影随形&…
阅读更多...
vulhub/Billu_b0x靶机----练习攻略

vulhub/Billu_b0x靶机----练习攻略

1.Billu_b0x靶场下载链接&#xff1a; https://download.vulnhub.com/billu/Billu_b0x.zip 2.下载后&#xff0c;解压出ova文件&#xff0c;直接拖至VMware中&#xff0c;重命名和选择存储位置&#xff0c;点击导入&#xff0c;报错点击重试即可。修改网卡为NAT模式。 打开靶…
阅读更多...
【YOLOv8】YOLOv8改进系列（8）----替换主干网络之Swin Transformer

【YOLOv8】YOLOv8改进系列（8）----替换主干网络之Swin Transformer

主页&#xff1a;HABUO&#x1f341;主页&#xff1a;HABUO &#x1f341;YOLOv8入门改进专栏&#x1f341; &#x1f341;如果再也不能见到你&#xff0c;祝你早安&#xff0c;午安&#xff0c;晚安&#x1f341; 【YOLOv8改进系列】&#xff1a; 【YOLOv8】YOLOv8结构解读…
阅读更多...
Qwen2-Audio：通义千问音频大模型技术解读

Qwen2-Audio：通义千问音频大模型技术解读

引言：从llm到mlm（audio） 大型语言模型（LLM）的发展日新月异，它们在文本理解、生成、推理等方面展现出惊人的能力。然而，交互模态不仅仅依赖于文字，语音、语调、环境音等听觉信息同样承载着丰富的内容。阿里巴巴通义千问团队，推出了 Qwen-Audio 系列模型，这里我们一起…
阅读更多...
解决Java多张图合成JPG时出现红色前景及多列自适应适配

解决Java多张图合成JPG时出现红色前景及多列自适应适配

目录 前言 一、追本溯源 1、回到最开始 2、合成JPG的异常 二、解决问题 1、关于ImageType 2、TYPE_INT_RGB和TYPE_INT_ARGB 3、问题修复 4、列数自适应的问题 三、总结 前言 在当今数字化信息飞速发展的时代&#xff0c;图像处理技术在各个领域都占据着举足轻重的地位…
阅读更多...
SpringBoot实现发邮件功能+邮件内容带模版

SpringBoot实现发邮件功能+邮件内容带模版

发送简单邮件模版邮件 1.pom引入依赖 <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-mail</artifactId><version>2.5.13</version></dependency><dependency><groupId&…
阅读更多...
npm 报错 unable to resolve dependency tree

npm 报错 unable to resolve dependency tree

如下图&#xff1a; 解决&#xff1a;npm install --legacy-peer-deps 其实提示上有&#xff1a;npm ERR! Fix the upstream dependency conflict, or retry npm ERR! this command with --force, or --legacy-peer-deps
阅读更多...
【蓝桥杯每日一题】3.17

【蓝桥杯每日一题】3.17

&#x1f3dd;️专栏&#xff1a; 【蓝桥杯备篇】 &#x1f305;主页&#xff1a; f狐o狸x 他们说内存泄漏是bug&#xff0c;我说这是系统在逼我进化成SSR级程序员 OK来吧&#xff0c;不多废话&#xff0c;今天来点有难度的&#xff1a;二进制枚举 二进制枚举&#xff0c;就是…
阅读更多...
Linux：冯诺依曼体系结构、操作系统、进程概念（一.初识进程）

Linux：冯诺依曼体系结构、操作系统、进程概念（一.初识进程）

文章目录 1.冯诺依曼体系结构总线与数据传输通路为什么有内存这个部分计算机存储结构 2.操作系统(Operator System)2.1 概念2.2 设计OS的目的2.3 理解“管理”先描述再组织 2.4 用户使用系统调用和库函数&#xff08;lib&#xff09;概念 总结 3.初识进程3.1 基本事实与引入3.2…
阅读更多...
动手学深度学习：CNN和LeNet

动手学深度学习：CNN和LeNet

前言 该篇文章记述从零如何实现CNN&#xff0c;以及LeNet对于之前数据集分类的提升效果。 从零实现卷积核 import torch def conv2d(X,k):h,wk.shapeYtorch.zeros((X.shape[0]-h1,X.shape[1]-w1))for i in range(Y.shape[0]):for j in range(Y.shape[1]):Y[i,j](X[i:ih,j:jw…
阅读更多...
删除排序链表中的重复元素(js实现，LeetCode：83)

删除排序链表中的重复元素(js实现，LeetCode：83)

看到这道题的第一反应是使用快慢指针&#xff0c;之前做过类似的题&#xff1a;删除有序数组中的重复项&#xff08;js实现&#xff0c;LeetCode&#xff1a;26&#xff09;原理都是一样,区别是这题需要将重复项删除&#xff0c;所以只需要走一遍单循环就可以实现 /*** Defini…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023