linux系统编程学习_(1)进程相关概念、多道程序设计概念、CPU与MMU、进程控制块(PCB)及环境变量

进程相关概念

程序和进程

程序，是指编译好的二进制文件，在磁盘上，不占用系统资源(cpu、内存、打开的文件、设备、锁…)
进程，是一个抽象的概念，与操作系统原理联系紧密。进程是活跃的程序，占用系统资源。在内存中执行。(程序运行起来，产生一个进程)
程序 → 剧本(纸) 进程 → 戏(舞台、演员、灯光、道具…)
同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样，同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)
如：同时开两个终端。各自都有一个bash但彼此ID不同。

并发

并发，在操作系统中，一个时间段中有多个进程都处于已启动运行到运行完毕之间的状态。但，任一个时刻点上仍只有一个进程在运行。

多道程序设计

在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。
时钟中断即为多道程序设计模型的理论基础。并发时，任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出cpu资源的手段。

时钟中断有硬件基础作为保障，对进程而言不可抗拒。操作系统中的中断处理函数，来负责调度程序执行。

在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU (分时复用CPU资源)。而当下常见CPU为纳秒级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。

实质上，并发是宏观并行，微观串行！
-----推动了计算机蓬勃发展，将人类引入了多媒体时代。

CPU和MMU

cou MMU:

虚拟内存与物理内存的映射
设置修改内存访问级别

内存管理单元MMU page是MMU划分物理内存的最小单位，当我执行2个a.out时，虚拟地址空间2份，其中user空间映射的物理内存需要重新开辟空间，因为进程彼此独立，但kernel虚拟空间在物理内存中只映射一份，因为内核一份，但PCB进程控制块依然2份，不一样。

进程控制块(PCB)

我们知道，每个进程在内核中都有一个进程控制块（PCB）来维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。
grep -r “task_struct {” /usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h

/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h文件中可以查看struct task_struct 结构体定义。其内部成员有很多，重点掌握以下部分即可：

进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
描述虚拟地址空间的信息。
描述控制终端的信息。
当前工作目录（Current Working Directory）。
umask掩码。
文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
和信号相关的信息。
用户id和组id。
会话（Session）和进程组。
进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。

进程状态

进程基本的状态有5种。分别为初始态，就绪态，运行态，挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段，常与就绪态结合来看。
进程状态

环境变量

环境变量，是指在操作系统(Linux多用户多任务)中用来指定操作系统运行环境的一些参数。通常具备以下特征：
① 字符串(本质) ② 有统一的格式：名=值[:值] ③ 值用来描述进程环境信息。
存储形式：与命令行参数类似。char *[]数组，数组名environ，内部存储字符串，NULL作为哨兵结尾。
使用形式：与命令行参数类似。
加载位置：与命令行参数类似。位于用户区，高于stack的起始位置。
引入环境变量表：须声明环境变量。extern char ** environ;

//environ.c 打印当前进程的所有环境变量
#include <stdio.h>

extern char **environ;

int main(void)
{
	int i;

	for(i = 0; environ[i] != NULL; i++){
		printf("%s\n", environ[i]);
	}

	return 0;
}

常见环境变量

按照惯例，环境变量字符串都是name=value这样的形式，大多数name由大写字母加下划线组成，一般把name的部分叫做环境变量，value的部分则是环境变量的值。环境变量定义了进程的运行环境，一些比较重要的环境变量的含义如下：
PATH
可执行文件的搜索路径。ls命令也是一个程序，执行它不需要提供完整的路径名/bin/ls，然而通常我们执行当前目录下的程序a.out却需要提供完整的路径名./a.out，这是因为PATH环境变量的值里面包含了ls命令所在的目录/bin，却不包含a.out所在的目录。PATH环境变量的值可以包含多个目录，用:号隔开。在Shell中用echo命令可以查看这个环境变量的值：
$ echo $PATH
SHELL
当前Shell，它的值通常是/bin/bash。
TERM
当前终端类型，在图形界面终端下它的值通常是xterm，终端类型决定了一些程序的输出显示方式，比如图形界面终端可以显示汉字，而字符终端一般不行。
LANG
语言和locale，决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。
HOME
当前用户主目录的路径，很多程序需要在主目录下保存配置文件，使得每个用户在运行该程序时都有自己的一套配置。

环境变量相关函数

getenv()函数
获取环境变量值
函数原型：char *getenv(const char *name);
成功返回环境变量的值，失败NULL（name不存在）
setenv()函数
设置环境变量的值
函数原型：int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);
成功0 失败-1
参数overwrite取值：
1 - - 覆盖原环境变量
0 - -不覆盖。(该参数常用于设置新环境变量，如ABC=haha-day-night)

. unsetenv()函数
删除环境变量name的定义
函数原型：int unsetenv(const char *name);
成功0 失败-1
注意事项： name不存在仍返回0(成功)，当name命名为”ABC=“时则出错

// setenv_getenv_unsetenv.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
	char *val;
	const char *name = "ABD";

	val = getenv(name);
	printf("1, %s = %s\n", name, val);

	setenv(name, "haha-day-and-night", 1);

	val = getenv(name);
	printf("2, %s = %s\n", name, val);

#if 1
	int ret = unsetenv("ABD=");
    printf("ret = %d\n", ret);

	val = getenv(name);
	printf("3, %s = %s\n", name, val);

#else
	int ret = unsetenv("ABD");  //name=value:value
	printf("ret = %d\n", ret);

	val = getenv(name);
	printf("3, %s = %s\n", name, val);

#endif

	return 0;
}