【Linux】进程切换&&环境变量

用户11173787

发布于 2024-06-24 11:23:40

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发布于 2024-06-24 11:23:40

文章被收录于专栏：破晓破晓

进程属于Linux操作系统非常重要的一部分，建议大家在熟练掌握Linux进程相关概念的基础上，再观看本篇博客

一.进程切换

1.进程特性

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;但同时为了保证进程之间的独立性，也需要花费大量的资源。 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; 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.进程切换

1.进程切换的现象

大家在使用电脑时，可能会几个软件同时运行。日常使用的电脑大部分都是单核的，即同一时间仅执行一个进程。那为什么在电脑上可以同时打开多个软件呢？这就跟进程切换有关了。

2.如何实现

(1) 一个CPU里面存在一套硬件寄存器，寄存器分为用户可见的寄存器，用户不可见的寄存器。 (2) 计算机调度某个进程时，CPU 会把这个进程的 PCB 地址加载到某个寄存器，也就是说，CPU内有寄存器可以只找到进程的PCB地址。 (3) CPU里有一个 eip 寄存器（PC指针），指向当前执行指令的下一条指令的地址。 (4) 当进程在运行的时候，一定会产生非常多的临时数据，这些临时数据只属于当前进程，虽然CPU内部只有一套寄存器硬件，但是寄存器里面保存的数据是属于当前进程的，寄存器硬件和寄存器内的数据是两码事。 (5) 进程在调度的时候占有CPU，但是却不是一直占有到进程结束，进程都有自己的时间片！因为时间片的存在，进程会出现没有被执行完就被拿下去的情况。 (6) 在进程重新被CPU调度的时候，CPU必须知道上一次这个进程运行到哪，当进程被换下去的时候，进程的运行信息会被存在操作系统里面，以便下次CPU重新调度时进程能够正常运行，这叫做进程的上下文保护。当进程被CPU重新调度上来时，首先要做的第一件事情就是读取操作系统中进程运行的相关数据，这叫做进程的上下文恢复。

3.现实例子

有一名同学大一下学期，相应国家号召，决定去当兵。然后他找到自己的辅导员老师，和老师讲了自己的决定，然后老师就找到了他的关于他的档案和学期末的考试情况，然后打印成了两份，一份留到学校，另一份然这位同学拿走。等到当兵结束后，这位同学拿着自己的档案回到了学校，学校通过比对是这两份档案，证实这位同学就是这些学校的学生，然后这位同学回到校园，继续他的大学生活。

这位同学当兵走的时候，拿走的档案就是自己的属性等信息。拿走食材为了能够更好的回来。学校就相当于CPU，档案就相当于寄存器内的数据。

2.环境变量

一.基本概念

1.环境变量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，从来不知道我们所连接的动静态链接库的位置在哪，但是招样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是相关环境变量帮助我们的编译器进行查找。 2.环境变量还有其他的特殊用处，还有在操作系统中通常具有全局特性。
环境变量的存在，是为了满足操作系统在不同应用场景下的需求，在操作系统中创建的一部分全局变量。

二.常见环境变量

1.PATH:指定命令搜索路径。 2.HOME:指定用户的主工作目录（即用户登录到Linux系统时，默认的目录）。 3.SHELL:当前的shell,通常/bin/bash。

三.查询常见环境变量的方法

创建一个hello.c

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

大家有没有想过：为什么我运行自己生成的可执行程序都要使用 ./来说明是在当前路径下查找这个可自行程序；但是，我们用系统命令，如ls,就不用指是当前路径呢？
这是因为在系统中有一个名为PATH的环境变量，这个环境的作用就是保存命令搜索的路径。我们自己定义的环境变量由于没有PATH里的路径内，如果不手动添加路径，bash就会因为没有找到这个可执行程序而报错。

但是，这种对环境变量修改是一次性的。退出，然后再次登录时，系统会再次加载环境变量。

四.和环境变量相关的命令

1.echo +变量名：查询某个环境变量，如:echo PATH查询PATH环境的内容。 2.env:显示操作系统内所有的环境变量。 2.export：设置一个新的环境变量。 4.unset：清除环境变量。 5.set:显示本地定义的shell变量和环境变量。

1.显示所有的环境变量：env

2.环境变量具有全局性，被所有进程所共享，如果不想让其他进程看到，可以设置本地环境变量：

3.如果设置的本地环境变量不想使用了，可以用unset清理掉。

4. export+某个环境变量，可以把这个环境变量导入环境变量集，退出重新登录，这个环境变量依旧存在。

五.环境变量表的组织方式

环境变量表是以指针数组的形式存储的。

六.使用系统调用接口方式查询环境变量

1.getenv

函数原型:

char *getenv(const char *name); name参数是要获取值的环境变量的名称。 该函数包含在#include<stdlib.h>里。

函数作用：

getenv函数的作用是在当前进程的环境变量中查找指定名称的环境变量，并返回其值的指针。如果找到了对应的环境变量，则返回指向其值的指针；如果未找到，则返回NULL。

使用实例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
    char*user=getenv("USER");
    printf("%s\n",user);
}

所以，我们还可以根据这个函数做一些权限认证的工作。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
	const char* user = getenv("USER");
	const char* name = "root";
	if (strcmp(name, user) == 0)
	{
		printf("hello world");
		printf("hello world");
		printf("hello world");
		printf("hello world");
		printf("hello world");
		printf("hello world");
		printf("hello world");


	}
	else
	{
		printf("权限不足");
	}
}

上面这段代码，只有用root的身份才能去执行，否则，就会权限不足。

2.反思

我们都知道root是超级管理员，当我们做某些操作没有权限时，我们通常会用sudo命令提高一下权限，那么，sudo的本质是什么呢？
学到现在，我认为sudo的本质就是让USER内的用户名称变为root用户。只有这样，在做认证工作时，就会得到通过，操作就会的到处执行。

七.通过代码的方式获取环境变量

1.通过命令行参数

请大家先看这篇文章：关于main函数参数那点事

所以我们可以通过命令行参数的形式获取环境变量：

代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc,char *argv[],char *env[])
{
	int i = 0;
	while (env[i] != nullptr)
	{
		printf("%d:%s", i, env[i]);

	}
}

2.通过getenv函数

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{ 
    printf("%s",getenv("USER");
}

3.通过第三变量environ获取

首先：这个变量是系统给我们准备好的，无论我们是否使用，这个变量都是存在的。

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
    extern char **environ;
    int i = 0;
    while (*(environ + i))
    {
        printf("%d:%s\n", i, *(environ + i));
        i++;
    }
}