Linux：环境变量、地址空间

目录

一、环境变量

1、什么是环境变量

2、常见的环境变量

3、环境变量相关命令 

二、地址空间

1、进程地址空间

2、虚拟地址空间

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一、环境变量

1、什么是环境变量

首先先举个环境变量的例子：

我们在Linux中，运行ls、pwd之类的命令，直接输入就能运行，输入路径/usr/bin/ls/pwd当然也能运行

那我们有一个可执行文件test，为什么不能直接输入test运行，必须要输入./test或是它的具体路径才能运行，如下：

其实很简单，因为像ls/pwd这些命令，是在环境变量path中已经配置过了，所以是默认可被找到的，如下图可见echo $path：环境变量前加$就可以看到里面内容

里面的路径是用冒号分割开的

可以看到里面有/usr/bin这个路径，而我们上面的pwd、ls都是在这个搜索路径当中

而我们的可执行程序并不在环境变量的搜索路径中，所以我们也就没办法直接执行

但是下面的export命令可以帮我们做到这一点

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2、常见的环境变量

PATH：指定命令的搜索路径

HOME：指定用户的主工作目录

SHELL：当前的shell值，一般是/bin/bash

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3、环境变量相关命令 

①查看某个环境变量的值

echo $[环境变量名字]

②查看全部环境变量

查看当前系统全部的环境变量：env

③设置一个新的环境变量

export

执行export PATH=$PATH:/home/fcy/lesson后，再echo，就可以发现我们的/home/fcy/lesson这个路径，也被添加到搜索路径当中了

④清除环境变量

unset

⑤显示定义本地的shell变量和环境变量

set

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二、地址空间

1、进程地址空间

首先回顾一下，地址空间的布局如下图：

下面用Linux验证一下地址空间的布局：

运行结果：

可以清楚看到，运行结果从上到下，分别是代码区，已初始化，未初始化，堆，栈

从上面的分布图可以知道，代码区，已初始化，未初始化，堆，栈是从低地址到高地址存储的，所以运行结果也是从小到大的 

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我们也可以发现，堆和栈的差别是非常大的，因为堆是由低地址向高地址存储，而栈是由高地址向低地址存储的，所以他们中间相隔的地址是很大的

下面验证堆是由低地址向高地址存储，而栈是由高地址向低地址存储的：

我们malloc的数据时在堆中开辟的，所以变量p0、p1、p2、p3是在堆上的，而开辟出来的p0、p1、p2、p3变量的地址是存在栈上的

结果如下：

观察结果可以看到，堆从heap0到heap3是在递增的，而栈从stack0到stack3是递减的

说明我们上面所说的堆是由低地址向高地址存储，而栈是由高地址向低地址存储的：

堆栈相对而生

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static修饰的局部变量，本质就是将该变量开辟在全局区域

下面的内存打印结果可以看出来：

观察打印的地址可以看到，局部变量a1是栈里的，而a2前面加上了static，这时a2的地址就到了val与un_val那里得全局区域了

这就是为什么static修饰的局部变量，它的生命周期是全局属性的

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2、虚拟地址空间

我们要知道虚拟地址空间的存在，至于怎么证明这个虚拟地址空间是存在的，看下面的证明：

有一个全局变量val，赋初始值为5，然后执行fork函数，有两个进程，分别进入if和else语句执行死循环，其中子进程在运行三次后，改变val的值，而父进程不改变，每次循环都打印val和val的地址

结果如下：

可以发现，在第四次循环后，子进程由于改变了val值，打印时val变为10，而父进程val仍为5，并且观察他们打印出来的val的地址，都是0x60103c

这时我们可以明白，一个变量val，值不同，一个5一个10，反而val的地址却是相同的，所以这里打印出来的0x60103c肯定不是真实的物理地址，而是虚拟地址

所以证明了虚拟地址空间的存在

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接下来用虚拟地址空间解释一下上面代码中出现的情况

首先父子进程被创建，子进程继承了父进程的许多属性，所以他们的地址空间分布也基本一样，所以父子进程的val在虚拟地址空间中所处的位置也就相同，页表的映射关系也一样，所以父子进程的val打印出来的的虚拟地址相同

而当子进程通过页表的映射关系，想要找到对应的物理地址改变自己的val值时，操作系统又会给给子进程的val重新开辟一段物理空间，并改变子进程页表的映射关系，这时虽然父子进程val的虚拟地址相同，但通过页表映射的物理地址却是不同的了

所以做到了val值不同，打印出来的虚拟地址却是相同的

这种情况就叫做写时拷贝

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那么为什么要有地址空间的存在呢？

1、地址空间和页表都是OS创建并维护的，所以想要使用地址空间和页表进行映射，都是在OS的监管之下的，所以凡是非法的访问或者映射，OS都会识别到，并终止这个进程，从而有效的保护了物理内存

2、地址空间的存在，可以将进程管理和内存管理通过页表进行解耦，两个模块互不影响，只需要通过页表建立映射关系即可

3、以统一的视角看待所有的进程，在系统底层用页表映射到不同的物理内存处，完成进程独立性的实现

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