一、进程相关的一些概念

1.一些常见的概念

• 竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
• 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰
• 并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行（每个CPU都有Linux内核的O(1)调度算法）
• 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发 。

2.对于并发

如下图所示，当多个进程在CPU上执行的的时候，CPU会让他们不断的切换，但是由于CPU的速度太快，所以我们看上去好像就是没有任何的影响

在进程切换的时候，会有一个时间片，如果在这个时间段内没有跑完这个进程，那么就先让他下去，让其他进程先跑。所以这样可以避免一个进程把CPU给卡死。这就是基于进程切换基于时间片轮转的调度算法

我们也在前面提到过，CPU会维护两个队列。当一个进程的时间片过了以后，会将这个进程从CPU上剥离下来

剥离下来以后，会让这个被剥离出来的进程去另外一个队列中排队。这样的话，防止还在原队列中排队，却由于优先级的太高的问题又让他先执行了。

必须得先等原来的一个进程队列给跑完，才能继续跑。

这也就是为什么要两个队列的原因。

3.进程切换

1. 为什么函数返回值，会被外部拿到呢？

   在我们返回的时候

   比如return a其实就是mov eax 10，将10放到eax这个寄存器中

   像我们写的这个int a = add(10,20)

   其实就是将这个返回值写入eax寄存器中，这个等号会被编译为一些mov指令，然后mov指令将寄存器的值放入a中。

   所以是通过CPU寄存器返回的。

   像我们之前数据结构返回的时候，不是返回一个结点的，而是返回一个指针，就是因为结点太大了。

2. 系统如何得知我们的进程当前执行到哪行代码了？

   程序计数器PC，eip：会记录当前进程正在执行指令的下一行指令的地址！

   通过这个程序计数器就可以很容易的找到当前执行到哪行代码了。

   实际上我们的寄存器大概分为以下几类

   • 通用寄存器：eax,ebx,ecx,edx
   • 栈帧：ebp,esp,eip
   • 状态寄存器：status

   总之寄存器很多

   那么这个寄存器扮演什么样的角色呢？

   寄存器也具有数据的临时保存能力，注定了当前的计算机在运行时候，重要的数据必须放在CPU内部，因为离CPU越近，存取的效率越高。单纯从硬件来考虑，CPU寄存器的数据放在哪里都可以。但是离的越近，效率越高。

   所以主要目的还是提高效率，将进程的高频数据放入寄存器中。

   CPU内的寄存器里面保存的是进程相关的数据

   这些进程相关的数据是随时可以被访问或者被修改的

   所以：CPU寄存器里面保存的是进程的临时数据-----这些数据我们称为进程的上下文数据

3. 如何切换

   进程在CPU上离开的时候，要将自己的上下文数据保存好，甚至带走

   而保存的目的，未来都是为了恢复。

   所以进程在被切换的时候，要做下面两件事

   1. 保存上下文
   2. 恢复上下文

   那么如何保存呢？

   我们可以定义一个结构体

   struct reg_info
   {int eax;int ebx;int eip;//....
   }
   

   然后将这个结构体套入到PCB结构体里面

   也就是说将数据放入到PCB中

   不过上面这种做法是可以，但是linux中实际并不是这么做的，因为这样太慢了

二、环境变量

• 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.PATH环境变量

如下所示，我们先简单的写一段代码

然后当我们运行的时候，我们知道，像我们自己写的程序是需要带上./的，而系统中的那些指令却不需要

我们也知道，像系统这些命令都是在系统的默认指定路径下的，像这里路径的操作系统都能找到的

而像我们的命令，是不在系统的指定路径下的，所以找不到

那么这究竟是为什么呢？都是一个目录，还分个一二三？

这一切的一切的原因：就是因为系统为我们提供了一个环境变量，这个环境变量叫做PATH

这个PATH是我们登录Xshell就天然存在的PATH

如果我们想要查看这个PATH,我们需要像下面这样做

echo $PATH

在这里我们会看到很多路径，路径之间用:分割

有了这些路径，当我们输入指令的时候，系统便会从这些路径中按照顺序依次查找。没找到就找下一个路径。找到了就执行。而我们这个正好处于/usr/bin这个路径下，所以是可以找到的。

而我们前面的mycmd并不在这些路径，所以就找不到，就会提示找不到这个指令。

这个环境变量PATH就叫做Linux系统的指令搜索路径

这也就意味着，如果我们可以有两种做法，使得我们的程序直接输入名字就可以执行了

1. 将该指令放到PATH的某条路径中
2. 将我们本路径添加到PATH中

这两种方法都是可以的，第一件事我们之前做过

我们现在来做一下第二件事

我们可以这样做

PATH=$PATH:xxxx//当前目录的路径

然后我们就可以直接执行我们的指令了

甚至于，我们把这个程序名字一改，也是可以跑的，因为系统自动会从当前的路径进行搜索我们输入的指令

甚至于，我们的which也可以搜索到了

注意我们不可以像下面这样做，这样会直接覆盖掉以前的环境变量的，就会造成以前绝大部分的指令都跑不了了

不过pwd还可以跑

就是因为以前的环境变量都被覆盖了。

那么如何恢复呢？其实我们这个环境变量是一个内存级别的，我们只需要关闭Xshell，然后重新登录即可。

也就是说，都是在shell中保存的。

2.HOME环境变量

当我们用root账号显示这个环境变量的时候，显示的是这样的

当我们用普通账号显示的时候，是这样的

这个环境变量也正好解释了，为什么我们一登陆的时候就是这个目录下。

主要原因，就是在我们登录时，会识别我们这个账户是谁，然后给我们填充$HOME环境变量

在登录的时候，默认就是cd $HOME

3.SHELL环境变量

这个环境变量可以让我们看到我们当前用的是哪个shell

4.env

除了上面的这三个环境变量，其实还有很多的环境变量，那么我们如何去查找呢？我们可以使用env命令

这个可以看到，我们系统里面的所有的环境变量

其中比如

HOSTNAME代表的就是主机名

HISTSIZE代表的是历史命令被记录下来的条数（这个主要应用于我们的指令上下翻，我们知道是可以看到我们以前输入的指令的，而这些指令最多只能保存1000条，history这条指令可以查看到我们历史的所有指令）

SSH_TTY代表的就是我们当前的终端设备文件，如下是它的用法

USER代表的就是我们当前的账户是谁

LS_COLORS代表的是配色方案

PWD代表的就是当前进程所代表的路径（如果我们把当前路径换了，这个也会随之改变，所以我们可以取到我们当前的路径，就是因为PWD这个环境变量会记录我们当前进程所处的工作目录）

LANG是编码方案

LOGNAME指的是当前登录用户是谁

OLDPWD代表的就是进程上一次的路径（这也就是cd -这条指令可以执行原因）

其中对于USER和LOGNAME我们可以暂时理解为是一样的，因为无论是普通用户和root用户我们现在来查看起来都是一样的

5.系统调用接口与环境变量

我们前面的方法说明了环境变量可以通过指令去查看，可是我们未来的代码是不可能通过指令去查看环境变量的，所以就有了系统调用接口查看环境变量

man getenv

我们可以用上面这个指令去查看这些系统调用接口

我们就可以看到这个函数了

我们可以将这个环境变量的名字给这个函数，然后这个函数就会返回这个环境变量的值

然后我们就可以打印出环境变量了

现在我们使用这个代码

而同一份代码，当我们切换到root的时候，结果也随之改变

所以说，有了环境变量的存在，不同的账号执行同一份代码会有不同的结果。

所以我们就可以对权限有更进一步的了解了

所以因为有环境变量的存在，我们系统就能认识到这个人是谁，所以就可以与文件中的拥有者，所属组进行对比。进而可以实现权限

6.什么是环境变量？

环境变量是系统提供的一组name=value形式的变量，不同的环境变量，有不同的用户，通常具有全局属性。

对于我们的系统而言，存在着环境变量，这个存在不因为进程的创建而存在，在系统启动的时候就已经有了。默认的环境变量就是被bash先获得到。

那么环境变量具有全局属性，什么是全局属性呢？

像我们前面写的程序中可以使用getenv函数来获取环境变量。

那么还有没有其他方法获取环境变量呢？

7.命令行参数

其实像C语言中的main函数是可以带参数的

int main(int argc,char* argv[])
{}

这两个参数中，arg是参数的意思，c是count的意思，代表右边数组的元素，v是vector的意思，代表一个数组。

我们使用如下代码

运行结果为

所以说，实际上，在执行的时候，main函数会先传参。会将参数的数据进行填充

其实，我们的命令行中输入的其实就是一串字符串，即在bash看来就是这样的一些字符串

"./mycmd -a -b -c"

然后bash会将这个字符串打散成四个字符串，如下图所示

将这个处理好以后，然后传给main函数

这个就是命令行的解析工作

那么为什么要这样做呢？

我们可以使用如下代码

所以就可以产生如下效果了

而这个不就是类似于下面这种的吗

那么为什么要这样做呢？

这是因为这样做，可以为指令、工具、软件等提供命令行选项的支持！！

其实对于argv这个数组，除了会命令行对应的那些字符串全部设置完毕以后，还会再多开一个空间存储NULL

所以其实，我们想要遍历所有的命令行参数的话，我们可以不用像前面那么麻烦，而是下面这样做

8.main函数的第三个命令行参数

其实main函数除了上面的两个参数以外，还有第三个参数

int main(int argc, char* argv[], char* env[])
{}

我们可以打印一下这个表

我们发现这个就是我们前面的env命令所打印出来的

所以说，我们获取一个环境变量的时候，我们不用大费周章的使用getenv了。而且它还只能用一个

所以我们的C/C++代码一共是有两张向量表的

一张是命令行参数表，一张是环境变量表

所以说，我们的程序再运行的时候不是简单的只将程序加载到内存中，而且启动的时候有人要调用main函数，然后还要将这两张表给传过去

我们所运行的进程，都是子进程，bash本身在启动的时候，会从操作系统的配置文件中读取环境变量的信息，子进程会继承父进程交给我的环境变量！

所以往后的所有子进程，都会认识在bash中所定义的环境变量

所以说环境变量具有全局属性

• 我们知道环境变量也是数据，进程具有独立性，当我们子进程对环境变量做出修改的时候，是不能影响父进程的，因为会写时拷贝
• 环境变量被继承通常有两种方式：一种是直接继承，一种是main函数传参

除了上面的使用第三个命令行参数的方式获取环境变量，还可以使用这个第三方的变量environ来获取

extern char** environ

9.如何验证环境变量是可以被继承的

当我们直接定义一个变量的时候，这样的话它并不是环境变量，因为在env中无法找到，而是一个本地变量。

直接在bash命令行中定义的变量就是本地变量，它就是一个shell层面、系统层面的概念

如果我们想要将这个变量变为环境变量，我们可以这样做

export MY_VALUE=123

这样的话就把这个变量导出了，导出到了bash的上下文中

然后在我们的程序中就可以发现了这个环境变量了

这就说明mycmd这个程序拿到了bash的环境变量

即证明了环境变量被继承了

未来它的孙子，重孙子都是可以继承到这个环境变量的

如果我们要取消这个环境变量我们可以这样做

unset MY_VALUE

我们前面的程序也随之找不到环境变量了

10.本地变量与内建命令

我们已经知道，像这样的就是本地变量

那么如何去查呢？我们可以用set，set可以查到系统当中所有的变量，包括本地变量，环境变量

set

这些本地变量是不会被继承的，只会在本bash内部有效

那么什么时候需要用这些本地变量呢？我们可以看到这些PS1这些的变量

这些其实就是我们命令行提示符的格式，如果是普通用户就是$和root就是#

这个\的意思是如果这个命令没说完，可以下一行继续说

如果是上面这样的写法会提示>这样的形式，我们会发现这种形式正好就是PS2这个本地变量。

所以本地变量就是需要有一些符号不希望被继承下去的。

在set中其实把环境变量去掉，剩下的就都是本地变量了

就比如当我们写出如下代码的时候

直接运行是这样的

即便我们加上了本地变量，仍然是不行的

唯有这样做，使用export将本地变量导为环境变量就可以了

当我们不需要这个环境变量了，使用unset即可

此时我们在set中，也找不到了

可是我们会发现一个问题。

我们之前所说命令行中的指令都是bash的子进程，那么下面的现象我们看起来似乎没有问题

但是我们之前说过这些

• my是本地变量
• 本地变量不会被继承
• 指令都是bash的一个进程？

思考以上几点，感觉优点不对劲，既然echo会新起一个进程，而本地变量不会被继承，是如何打印的本地变量呢？

其实我们前面所说的指令都是bash的一个进程这句话不完全对，甚至是错的

其实指令应该分为两批

1. 常规命令：通过创建子进程完成的
2. 内建命令：bash不创建子进程，而是由自己亲自执行，类似于bash调用了自己写的或者系统提供的函数

也就是说如果是常规命令的话会有fork，如果是内建命令就不会fork

与之类似的指令还有cd -指令

因为如果cd创建了子进程，那么它改变的是子进程的路径，父进程的路径不应该受到影响，可是我们父进程的路径被修改了。

这就是因为cd也是一个典型的内建命令

在linux中有一个函数chdir就可以改变当前进程的路径

所以我们可以模拟实现一个cd命令

当我们运行的时候，发现还是不可以的

这是因为我们这个./mycmd本身就会另起一个进程，在它的进程里面会改变路径，但是在我们当前的进程里面是不会改变的

那么我们可以将代码稍作修改，然后再这个代码里面的进程先观察一下

我们可以看到当前进程的路径在改变之前是如下的

改变之后就变为了/

如果我们现在这个程序不是我们自己写的，而是bash本身。那么这个就是一个内建命令，就可以实现更换目录了

也就是说类似于这样的实现，假设我们当前的就是bash.c文件。直接在这里面进行特判即可，就可以不用创建子进程了，就可以看到目录变化了