APUE笔记-第七章-进程环境

第七章-进程环境

main函数

内核在执行C程序时（使用一个exec函数），在调用main之前先调用一个特殊的启动例程，可执行程序文件将此启动例程指定为程序的起始地址。启动例程从内核取得命令行参数和环境变量值，为调用main函数做好准备。

进程终止

启动例程就是在main函数返回后立刻调用exit，其调用的可能形式为 exit(main(argc,argv));

退出函数

#include<stdlib.h>

void exit(int status);

void _Exit(int status);

#include<unistd.h>

void _exit(status);

_exit和_Exit函数直接进入内核，而exit函数先执行一些处理操作后退出程序。

exit函数总是执行标准I/O的一个操作，把所有打开的文件都fclose掉，这样会将所有写的数据刷新到文件中。

exit(0); 等价于 return 0; 相当于在系统中存了一个相应的终止标志，根据函数的定义指定了一个意义。

函数atexit

ISO C规定一个进程最多可以登记32个函数，这些函数由exit函数自动调用，我们将这些登记的函数称为终止处理函数，也即在终止程序时调用的函数。我们登记的函数顺序和我们exit时调用的顺序是相反的，类似栈结构，每个函数可被多次登记，也就会执行多次。

exit函数在执行完这些终止处理函数后，调用fclose关闭所有标准I/O流。

即使我们没有在main函数中使用exit函数，也会自动调用exit函数。可能是因为启动例程使用了exit函数。

命令行参数

ISO C和POSIX.1 都要求argv[argc]是一个空指针

环境表

与命令行参数表argv一样，也有关于环境变量的一张表，其结构与命令行参数表类似，数组中的每个元素都是c字符串，都以空字符结尾。在数组的最后一个元素后是空字节。

environ是一个环境指针，指向环境表的首地址，其类型为char ** environ。

环境由 name=value组成，也就我们系统设置里环境变量要给出名字和值对。通常使用getenv和setenv来访问特定的环境变量。

C程序的存储空间布局

由下列几部分组成：

1.正文段。是由CPU执行的机器指令集，通常正文段是可共享的，也即同一个程序的多个进程可以共用同一个正文段。正文段是只读的，避免意外修改。

2.初始化数据段。常称为数据段，包含了程序中明确的赋予初值的变量，初始化的全局变量和静态变量都存在这。

3.未初始化数据段，bss段。未初始化的全局变量和局部变量都存在这里。程序在执行前，内核将这些变量数据初始化为0或空指针。

4.栈。自动变量以及函数调用时所需保存的信息都存在该段中，每次函数调用，都会在栈中记录函数返回地址和调用者的环境信息（例如在调用该函数之前，调用者所有的变量），被调用的函数在栈上分配自动和临时变量。这样就可以进行递归。每次调用时都会有个新的栈帧。用于记录调用函数的返回地址，各个局部变量，调用者的环境信息。需要由程序员分配释放管理，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。通常在堆中进行动态存储分配。
如程序中的malloc, calloc, realloc，new等函数都从这里面分配。堆是从下向上分配的。

5.堆。通常在堆中进行动态存储分配。堆位于栈和bss段之间。

栈底是高地址，栈从高地址往低地址增长。

初始化数据段简称数据段，未初始化数据段简称bss段。也有说法把两者统称为数据段，但在本书中将两者分开标识。

可以用size 程序文件名来获取程序的正文段，数据段和bss段大小。但未初始化数据并不存放在磁盘程序文件中，因为每次执行前，都由内核全部置为0或空指针；只有正文段和数据段是存在磁盘程序文件中的。

当栈区耗尽后，进程会阻塞，内核会重新分配更大的栈区。

共享库

共享库的作用是让可执行文件不再需要包含其要调用的库函数，使得可执行文件的大小减少。在每个进程都能访问的存储区中存放库函数例程的副本，进程第一次调用库函数时，会与这些共享函数进行动态链接，增加了一定的时间开销但减少了可执行文件长度，且该时间开销是第一次调用时才有的。

共享库的另外一个优点是，新版本的共享库直接替换老版本的后，不需要对程序进行重新连接编辑。

存储空间分配

三个函数malloc，calloc，realloc

realloc是将已经分配的区域再重新分配，可以扩大或者缩小该区域，当扩大区域时，若该区域后的空间足够则会直接扩大区域，不需要对原来的数据进行复制，如果不够，会将原来的数据复制的另外一个更大的区域中，来实现扩大区域。

realloc函数的ptr参数如果为空指针，则其功能与malloc一样。这些函数都是分配存储空间，并返回该空间的地址，但不会进行元素的构造（也即allocate和construct是分开的）。

这些调整存储空间大小的函数，常用brk系统调用实现，该系统调用会增大或减少进程的堆。虽然sbrk可以扩充或缩小进程的堆，但一般上述函数不会回收这些空间，释放的空间是可以继续分配的，将他们保持再malloc池中，不返回给内核。

大多数的实现对于分配块空间来说，实际占用的大小会比指定的字节数多，因为存在额外的空间来记录管理信息，例如下一个块的指针，块的长度等，如果对块的写操作不小心写到了别的块上，会出现致命错误，但是该错误又很难被发现。

用alloc的三个函数分配了块之后，使用完一定要free释放掉，否则会造成内存泄漏，若一直分配不释放，一直会到没有空间分配终止，并且在存储上访问这些块时增加了分页的开销，进程性能下降。

用free释放一个已经释放的块是致命错误。

因此，有些系统对这几个函数有附加的检错，在调用连接编辑器时，可以指定这个专用库，在程序中就会使用该库函数。Linux支持通过环境变量的设置增加附加的调试功能。

环境变量

#include<stdlib.h>

char* getenv(char* name);//返回指定环境变量名的环境变量值，若未找到则返回NULL

修改或增加环境变量，这种修改只能影响当前进程及其子进程，不会影响父进程的环境表。

#include<stdlib.h>

int putenv(char* str);//str时name=value的字符串，若已存在该定义则覆盖

int setenv(charname,charvalue,int rewrite);//若存在该定义且rewrite非0，则覆盖；为0则不覆盖。

int unsetenv(char*name);//删除环境变量的定义

putenv和setenv有区别：putenv不会为环境变量字符串name=value分配空间，会直接将参数对应的空间作为该环境变量的空间，而setenvhui分配空间给该字符串。所以如果putenv使用了栈中的字符串作为参数进行传递，当该栈帧返回时，相应的存储空间会释放，putenv就会发生错误。