• LInux-4-进程地址空间

    进程地址空间

    前言

    Vue框架：Vue驾校-从项目学Vue-1
    算法系列博客友链：神机百炼

    进程优先级

    相关概念：

    • 优先级含义：

      CPU资源分配的先后顺序

    • 优先级作用：

      可以将指定进程运行到指定的CPU上（上下文切换次数少了），以改善多任务环境的linux的系统性能

    • 进程竞争性：

      系统进程数目众多，CPU计算资源有限

    • 进程独立性：

      一个进程在运行时，独享各种资源（网络带宽/CPU算力），其他进程不干扰

      考虑进程独立性，父子进程有时共享程序和数据，有时子进程需另开辟程序和数据，下面的进程地址空间将会展开说

    • 进程切换：

      当进程数目太多时，CPU切换进程的成本没有增加

      但是在应用层看来，会有卡顿的感觉

    • 进程切换的时机：

      1. 多数情况：PCB的时间片到期
      2. 少数情况：更高优先级的进程到来

    查看优先级：

    查询指令：

    • 查看PCB信息指令：

      ps -l					//粗略几个进程的信息，如bash + ps
ps -la					//详细所有进程的信息

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    • 查看PCB的优先级：
      PCB优先级

    PRI&NI：

    • PRI：当前优先级，默认为80

      值越小则越先执行，范围为[60 , 99]

    • NI：Nice值，对优先级的修正数值，默认为0

      有正有负：从-20 ~ 19，共40级，输入-100自动-20，输入100自动19

      调整优先级其实是在调整NI值，且每次都是在80的基础上调节

    调整优先级：

    法一：top调整

    • linux的任务管理器：

      top							//查看所有进程
top 输入r 输入pid 输入nice值	//调整指定进程的优先级 

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    • top：查看进程管理器
      Linux进程管理器

    • top + r + pid + nice：修改进程优先级
      top + r + pid + nice

    • 尝试改动nice为-20后，再查看PCB信息：
      -20nice的pcb

    法二：renice

    • renice 命令：

      renice -n 进程pid 新的nice值

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    环境变量

    • 引导问题：
      为什么我们写的程序要运行需要加./
      而Linux自带的命令程序要运行不需要加./？
    ./mytest.c			
//运行我们自己写的程序要带./才能找到
ls					
//运行系统指令不需要带./就能找到
llll 
//报错：command not found，说明命令行也是经过查找才找到的

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    • 命令本身也是程序，存储在环境变量中

      所有可执行程序在运行前都在环境变量中查询源程序

      环境变量中查询不到，再根据给定的路径寻找源程序

    相关概念：

    • 环境变量的含义：

      操作系统启动后，某些内容没有启动，需要后续启动

      后续启动前要先找到这些程序，就需要设定一些变量记录这些程序的路径

    • 组成：

      变量名 + 变量内容（与操作系统环境有关）

    • 全局性：

      环境变量就是系统级别的全局变量

    • 举例：

      编译c / c++代码时，链接时我们不知道所链接的动态库和静态库在哪个文件夹下，但是仍然可以找到动静态库，并且编译成功

    常见的环境变量：

    PATH：

    • 含义：常用的文件夹
    • 查看PATH：
    echo $PATH						//查看PATH内容，其实是:隔开的很多路径
/usr/local/jdk8/bin:
/usr/local/jsk8/jre/bin:
/usr/local/bin:
/usr/bin:
/usr/local/sbin:
/usr/sbin:
/home/whb/.local/bin:
/home/whb/bin

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    • ls命令程序的存储位置：在PATH内
      user/bin/ls存储在PATH下

    HOME：

    • 含义：当前用户所处的工作目录
      HOME

    SHELL：

    • 我们并不与Linux内核直接交互，而是通过shell：

      输入的命令通过shell命令解释器之后交给kel

    • 命令解释器也是一个程序，有很多版本，SHELL变量记录我们采用的版本

    • 查看SHELL：
      SHELL

    环境变量相关命令：

    查看所有环境变量：

    • env：
    env

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    查看所有变量：

    • Linux下变量包括环境变量 + 本地变量
    set				//查看环境变量 + 本地变量

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    查看单一环境变量：

    • echo + 环境变量名：
    echo $PATH

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    添加环境变量：

    • 法一：复制粘贴
    sudo cp -f 文件 PATH中某一路径	//删除刚才向PATH添加的myproc

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    • 法二：export
    export PATH=$PATH:新路径			//$PATH为保持原有路径

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    删除PATH中文件：

    • rm删除
    sudo rm /usr/bin/文件名		//删除刚才向PATH添加的文件

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    • 关机重启：

      云服务器的xshell每次重新连接，PATH内容自动复原

      最好不要随意向PATH等全局变量中添加自己的程序，容易污染命令池

    增删本地变量：

    • 本地变量的作用域：

      只在本进程内有效，command line内输入后，作用域也就是bash进程内

      MYVAL = 100				//添加本地变量

env | grep MYVAL		//在环境变量中查询为空

set | grep MYVAL		//在所有变量中可以查到100

export	MYVAL = 100		//将本地变量导入环境变量

export MYVAL			//本地变量也是可以直接使用的，直接一个名字就可以导入环境变量

unset	MYVAL			//从本地变量中删除MYVAL

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    显示器终端文件：

    • dev/pts：代表当前显示器开的所有窗口
    • 向此云服务器其他用户窗口发送信息：
    //先查看其他用户窗口号：
who

//再登录root权限
su -

//再给其他用户发送消息
echo "消息" > /dev/pts/终端号

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    main()参数的环境变量：

    • C/CPP代码中的main()函数也可以接收参数：
      agrv 和 envp都是指针数组，最后一个元素都是NULL
      在这里插入图片描述

    • OS调用加载器 ，加载器调用mainCRTStartup()函数，mainCRTStartup()函数调用main()函数

      操作系统一方面通过argv & envp为main()函数提供信息
      另一方面通过僵尸进程接收main()函数运行完后return 的 0

    argc & argv：

    • 含义：

      1. int argc：控制台输入的命令行参数个数
      2. char* argv[]：控制台输入的命令行参数

    • 举例查看argc & argv：

      1. 代码：
        代码
      2. 输入输出：
        输入输出

    • 内存调用：
      argv的内存调用

    • argv的应用：

    1. 代码：
      agrv
    2. 输出：
      argv控制输出

    • 举例：

      ls -a -l 			//此处的ls是命令，a & l就是命令行参数

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    envp：

    • 含义：程序运行时依赖的环境变量

    • 来源：

      1. argc & argv的输入来源于OS自带的内容 / 控制台命令行输入
      2. envp的输入来源于OS自带的所有环境变量

    • 内存调用： envp的内存调用

    • 查看envp内容：

      1. 代码：envp[]最后也是一个NULL
        envp[]
      2. 输出：其实就是PATH等等环境变量的内容
        enip内容

    系统调用接口获取环境变量：

    • 函数：

      #include 
char* getenv(const char *name);					//通过名称获取环境变量
char* secure_getenv(const char *namr);			//通过名称获取环境变量

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    • 实例：
      getenv()

    • 输出：
      环境变量：路径

    进程地址空间

    • 研究背景：
      kernel 2.6.32
      32位平台

    进程地址空间布局：

    • 每个进程创建后，真实内存都给予他一个虚拟内存空间，便于进程创建变量/保存数据/进行计算
    • 这块固定大小的虚拟内存空间叫做进程地址空间，其组成布局如下：
      进程地址空间布局
    • linux中查看进程地址空间布局：
      1. 代码：
        各种类型地址空间
      2. 输出：从正文代码地址到栈变量地址到环境变量地址，地址应该是从低到高的
        低到高

    虚拟地址：

    • 为了便于进程内部支配变量和数据，进程中所有地址都是虚拟地址，不是内存条上的真实地址
    • &变量：取出的是虚拟地址
    int a = 10;
printf("%p", &a);			//&a是变量a在该进程中的地址，不是在内存条中的

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    • 页表：记录虚拟地址到真实内存条地址的映射关系

    父子进程地址空间：

    • 不同进程之间为了保证运行的独立性，一般来说各自的虚拟进程地址空间布局使用情况不同

      但是父子进程之间，子进程会直接使用父进程的代码和数据

      为了保证父子进程之间仍保持独立性，当子进程对父进程的代码或者数据做出更改后

      该数据或者程序会被单独拷贝出来一份供子进程使用，同时子进程的虚拟地址在页表中对应的实际地址发生改变

    • 图解父子进程的虚拟地址：
      父子进程的虚拟地址

    • 为什么子进程不直接拷贝父进程的所有程序和数据？

      当子进程只读不写时，还要为子进程单独创立一套数据就属于浪费空间

    • 举例说明父子进程存在数据不同时，同一虚拟地址对应页表中真实地址不同：

      1. 代码：
        父子进程内存差异
      2. 输出：
        父子进程内存差异实例
      3. 解释：

        1. 父子进程一开始共享父进程的程序和数据，包括g_val变量

          也就是父子进程此时页表的虚拟地址和真实地址对应关系同

        2. 子进程修改父进程程序中g_val数据后

          内存中为子进程新建一个g_val变量，值为200

          同时修改子进程页表，将原本g_val虚拟地址对应的真实地址改为新建的变量地址

        3. 最终父子进程中对于g_val的虚拟地址相同

          但是页表中映射的真实地址不同

        4. printf(“%p\n”, &g_val);取出来的是进程的虚拟地址

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/buptsd/article/details/126061218