Unix环境高级编程-学习-02-进程环境之进程终止、命令行参数、环境表、C程序的存储空间布局

目录

一、环境信息

二、声明

三、进程终止

1、情况分类

2、退出函数

3、退出实验

（1）main声明int和调用return值

（2）main声明int和不调用return

（3）main声明不int和不调用return

4、atexit

5、atexit实验

四、命令行、环境表

1、命令行

2、环境表

3、实验

五、C程序的存储空间布局

1、图示

2、名词解释

3、实验

---

一、环境信息

|------|-------------------------------------------|
| 名称 | 值 |
| CPU | Intel(R) Core(TM) i5-1035G1 CPU @ 1.00GHz |
| 操作系统 | CentOS Linux release 7.9.2009 (Core) |
| 内存 | 3G |
| 逻辑核数 | 2 |

二、声明

本文部分内容参考了《Unix环境高级编程》第三版，这本书写的很好，推荐大家进行阅读。

三、进程终止

1、情况分类

程序终止一共分为八种：

|----|-------------------------------|------|
| 编号 | 情况 | 正常与否 |
| 1 | main返回 | 正常终止 |
| 2 | 调用exit函数 | 正常终止 |
| 3 | 调用_exit或_Exit函数 | 正常终止 |
| 4 | 最后一个线程从其启动例程返回（后续博客讲述） | 正常终止 |
| 5 | 从最后一个线程调用pthread_exit（后续博客讲述） | 正常终止 |
| 6 | 调用abort（后续博客讲述） | 异常终止 |
| 7 | 接到一个信号（后续博客讲述） | 异常终止 |
| 8 | 最后一个线程对取消请求做出响应（后续博客讲述） | 异常终止 |

2、退出函数

退出函数有三种：

|--------------------------|----------------------------|
| 函数声明 | 描述 |
| void exit(int __status) | 对于所有打开流调用fclose函数，之后再进入内核。 |
| void _exit(int __status) | 直接进入内核。 |
| void _Exit(int __status) | 直接进入内核。 |

上面三个函数都包含参数__status（终止状态），如果调用时没带参数，或者用renturn；返回，或者main函数没有声明返回值类型为整型，那么进程的终止状态时未定义的，如果声明了整型返回值，但没有调用return或上面的三个函数，那么会隐式返回终止状态0。

main函数中exit(0)和return(0)等价。

3、退出实验

（1）main声明int和调用return值

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 

int main()
{
    printf("Uid : %d, Gid : %d\n",getuid(),getgid());
    
    return 6;
}

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyGetUserGroupId 
Uid : 1001, Gid : 1001
[gbase@czg2 Src]$ echo $?
6

（2）main声明int和不调用return

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 

int main()
{
    printf("Uid : %d, Gid : %d\n",getuid(),getgid());
}

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyGetUserGroupId 
Uid : 1001, Gid : 1001
[gbase@czg2 Src]$ echo $?
0

（3）main声明不int和不调用return

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 

main()
{
    printf("Uid : %d, Gid : %d\n",getuid(),getgid());
}

[gbase@czg2 Src]$ gcc -Wall -Wextra -O3 MyGetUserGroupId.c -o /opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/Unix/Exec/MyGetUserGroupId
MyGetUserGroupId.c:5:1: 警告：返回类型默认为'int' [-Wreturn-type]
 main()
 ^
MyGetUserGroupId.c: 在函数'main'中:
MyGetUserGroupId.c:8:1: 警告：在有返回值的函数中，控制流程到达函数尾 [-Wreturn-type]
 }
 ^

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyGetUserGroupId 
Uid : 1001, Gid : 1001
[gbase@czg2 Src]$ echo $?
23

不同操作系统编译该程序，可能得到不同的终止状态，这取决于main函数返回时寄存器和栈的内容。

[gbase@czg2 Src]$ gcc -Wall -Wextra -O3 -std=gnu11  MyGetUserGroupId.c -o /opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/Unix/Exec/MyGetUserGroupId
MyGetUserGroupId.c:5:1: 警告：返回类型默认为'int' [默认启用]
 main()
 ^

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyGetUserGroupId 
Uid : 1001, Gid : 1001
[gbase@czg2 Src]$ echo $?
0

-std=gnu11启用C++11标准和GNU扩展特性，可以发现终止状态变化了。

4、atexit

atexit的作用是注册终止处理程序。就是在程序执行exit后，程序里面不会立马结束会先执行终止处理程序，再关闭文件流使用fclose函数，最后调用_exit或_Exit函数。

这个函数个人还觉得非常有用的，虽然还没有想到怎么使用。

5、atexit实验

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void MyExit1(void)
{
    printf("MyExit1\n");
}

void MyExit2(void)
{
    printf("MyExit2\n");
}

int main()
{
    if (atexit(MyExit1) != 0)
    {
        printf("Can't Register MyExit1.\n");
    }
    if (atexit(MyExit1) != 0)
    {
        printf("Can't Register MyExit1.\n");
    }
    if (atexit(MyExit2) != 0)
    {
        printf("Can't Register MyExit2.\n");
    }
    printf("main Finish.\n");
    return 0;
}

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyAtexit 
main Finish.
MyExit2
MyExit1
MyExit1

注意一点我们注册的顺序和调用的顺序是反的，应该是一个函数栈的方式实现。

四、命令行、环境表

为什么一起讲呢因为我把实现放一块了。

1、命令行

我们常常看到操作系统命令如ls可以后面带很多的参数，来实现不同的功能，通过main的传入参数int argc, char* argv[]，我们也可以实现相同的功能。argc表示参数个数。argv表示参数值集合。

2、环境表

每个程序都会接收到一张环境表。也就是操作系统环境变量例如：LD_LIBRAYR_PATH，PATH之类等。

只需要在main函数的传入参数加上一个定义char* envp[]即可。

envp和argv不同没有给出参数个数argc，但envp数组的最后一个元素字符串是NULL，我们可以此为结束标志。

3、实验

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[],char* envp[])
{
    int i;
    for ( i = 0; i < argc; i++)
    {
        printf("argv[%d] : %s\n",i,argv[i]);
    }
    i = 0;
    while (envp[i] != NULL)
    {
        printf("envp[%d] : %s\n",i,envp[i]);
        i++;
    }
    
    return 1;
}

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyEchoArg Parameter1 Parameter2
argv[0] : ../Exec/MyEchoArg
argv[1] : Parameter1
argv[2] : Parameter2
envp[0] : XDG_SESSION_ID=2
envp[1] : HOSTNAME=czg2
envp[2] : GCLUSTER_SID=gcluster
envp[3] : SHELL=/bin/bash
envp[4] : TERM=xterm-256color
envp[5] : HISTSIZE=1000
envp[6] : GBASE_BASE=/opt/gnode
envp[7] : SSH_GBASE_PASSWD=6762617365
envp[8] : QTDIR=/usr/lib64/qt-3.3
envp[9] : OLDPWD=/opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/Unix
envp[10] : QTINC=/usr/lib64/qt-3.3/include
envp[11] : QT_GRAPHICSSYSTEM_CHECKED=1
envp[12] : USER=gbase
envp[13] : LD_LIBRARY_PATH=:/opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/DataStructureTestSrc/PublicFunction/Make/Libs/:/opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/DataStructureTestSrc/PublicFunction/Gbase8a/libs/Gbase8a/x86_64_linux/:/lib64:/opt/gcluster/server/lib/gbase/:/opt/gnode/server/lib/gbase/:/opt/gnode/server/lib/gbase/plugin/gbfti/lib:/opt/gnode/server/lib/gbase/plugin/gbfti:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin/gbfti:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin/gbfti/lib:/lib64:/opt/gcluster/server/lib/gbase/:/opt/gnode/server/lib/gbase/:/opt/gnode/server/lib/gbase/plugin/gbfti/lib:/opt/gnode/server/lib/gbase/plugin/gbfti:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin/gbfti:/opt/gcluster/server/lib/gbase/plugin/gbfti/lib
envp[14] : LS_COLORS=rs=0:di=38;5;27:ln=38;5;51:mh=44;38;5;15:pi=40;38;5;11:so=38;5;13:do=38;5;5:bd=48;5;232;38;5;11:cd=48;5;232;38;5;3:or=48;5;232;38;5;9:mi=05;48;5;232;38;5;15:su=48;5;196;38;5;15:sg=48;5;11;38;5;16:ca=48;5;196;38;5;226:tw=48;5;10;38;5;16:ow=48;5;10;38;5;21:st=48;5;21;38;5;15:ex=38;5;34:*.tar=38;5;9:*.tgz=38;5;9:*.arc=38;5;9:*.arj=38;5;9:*.taz=38;5;9:*.lha=38;5;9:*.lz4=38;5;9:*.lzh=38;5;9:*.lzma=38;5;9:*.tlz=38;5;9:*.txz=38;5;9:*.tzo=38;5;9:*.t7z=38;5;9:*.zip=38;5;9:*.z=38;5;9:*.Z=38;5;9:*.dz=38;5;9:*.gz=38;5;9:*.lrz=38;5;9:*.lz=38;5;9:*.lzo=38;5;9:*.xz=38;5;9:*.bz2=38;5;9:*.bz=38;5;9:*.tbz=38;5;9:*.tbz2=38;5;9:*.tz=38;5;9:*.deb=38;5;9:*.rpm=38;5;9:*.jar=38;5;9:*.war=38;5;9:*.ear=38;5;9:*.sar=38;5;9:*.rar=38;5;9:*.alz=38;5;9:*.ace=38;5;9:*.zoo=38;5;9:*.cpio=38;5;9:*.7z=38;5;9:*.rz=38;5;9:*.cab=38;5;9:*.jpg=38;5;13:*.jpeg=38;5;13:*.gif=38;5;13:*.bmp=38;5;13:*.pbm=38;5;13:*.pgm=38;5;13:*.ppm=38;5;13:*.tga=38;5;13:*.xbm=38;5;13:*.xpm=38;5;13:*.tif=38;5;13:*.tiff=38;5;13:*.png=38;5;13:*.svg=38;5;13:*.svgz=38;5;13:*.mng=38;5;13:*.pcx=38;5;13:*.mov=38;5;13:*.mpg=38;5;13:*.mpeg=38;5;13:*.m2v=38;5;13:*.mkv=38;5;13:*.webm=38;5;13:*.ogm=38;5;13:*.mp4=38;5;13:*.m4v=38;5;13:*.mp4v=38;5;13:*.vob=38;5;13:*.qt=38;5;13:*.nuv=38;5;13:*.wmv=38;5;13:*.asf=38;5;13:*.rm=38;5;13:*.rmvb=38;5;13:*.flc=38;5;13:*.avi=38;5;13:*.fli=38;5;13:*.flv=38;5;13:*.gl=38;5;13:*.dl=38;5;13:*.xcf=38;5;13:*.xwd=38;5;13:*.yuv=38;5;13:*.cgm=38;5;13:*.emf=38;5;13:*.axv=38;5;13:*.anx=38;5;13:*.ogv=38;5;13:*.ogx=38;5;13:*.aac=38;5;45:*.au=38;5;45:*.flac=38;5;45:*.mid=38;5;45:*.midi=38;5;45:*.mka=38;5;45:*.mp3=38;5;45:*.mpc=38;5;45:*.ogg=38;5;45:*.ra=38;5;45:*.wav=38;5;45:*.axa=38;5;45:*.oga=38;5;45:*.spx=38;5;45:*.xspf=38;5;45:
envp[15] : GCLUSTER_GROUP=gbase
envp[16] : GCLUSTER_BASE=/opt/gcluster
envp[17] : TERMINFO_DIRS=/opt/gcluster/server/share/terminfo:/opt/gnode/server/share/terminfo:/usr/share/terminfo
envp[18] : MAIL=/var/spool/mail/gbase
envp[19] : PATH=/usr/lib64/qt-3.3/bin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/opt/gcluster/server/bin:/opt/gnode/server/bin:/home/gbase/.local/bin:/home/gbase/bin:/opt/gcluster/server/bin:/opt/gnode/server/bin
envp[20] : PWD=/opt/Developer/ComputerLanguageStudy/C/Unix/Src
envp[21] : GCLUSTER_HOME=/opt/gcluster/server
envp[22] : LANG=zh_CN.UTF-8
envp[23] : HISTCONTROL=ignoredups
envp[24] : SHLVL=1
envp[25] : HOME=/home/gbase
envp[26] : PYTHONPATH=:/usr/lib64/python_gcware:/usr/lib64/python_gcware
envp[27] : GCLUSTER_USER=gbase
envp[28] : LOGNAME=gbase
envp[29] : QTLIB=/usr/lib64/qt-3.3/lib
envp[30] : GBASE_SID=gbase
envp[31] : XDG_DATA_DIRS=/home/gbase/.local/share/flatpak/exports/share:/var/lib/flatpak/exports/share:/usr/local/share:/usr/share
envp[32] : LESSOPEN=||/usr/bin/lesspipe.sh %s
envp[33] : HAPPY_SUNSHINE_HOME=/home/gbase/HappySunshineTool
envp[34] : GBASE_HOME=/opt/gnode/server
envp[35] : TCMALLOC_AGGRESSIVE_DECOMMIT=1
envp[36] : _=../Exec/MyEchoArg

如果大家不想要所有的环境变量可以使用getenv，去获取指定的环境变量。

Status MyGetOsEnv(const char * OsEnvName, MyStrType RetVal)
{
    JudgeAllNullPointer(OsEnvName);
    JudgeAllNullPointer(RetVal);

    RetVal = getenv(OsEnvName);
    if (RetVal == NULL)
    {
        LogFormat(Error,"Get Os Env         : Fail, OsEnvName : %s, RetVal : NULL.\n",OsEnvName);
        return FailFlag;
    }
    LogFormat(Debug,"Get Os Env         : OK, OsEnvName : %s, RetVal : %s.\n",OsEnvName,RetVal);
    return SuccessFlag;
}

这里给大家简单封装了一下，供参考。

五、C程序的存储空间布局

1、图示

纯手工画图，想来想去还是需要来一张。

2、名词解释

|---------|-------------------------------------------------------------------------------------|
| 名称 | 描述 |
| 正文段 | 1、存放CPU执行的机器指令部分。 2、正文段是可共享的，所以即使频繁的执行程序，在存储器中也只需要一个副本。 3、正文段是只读的，防止被恶意修改。 |
| 初始化数据段 | 1、也称为数据段，包含了程序中需明确赋初值的变量。 2、我通过实验理解就是初始化的全局变量。 |
| 未初始化数据段 | 1、也称为bss段。 2、我通过实验理解就是未初始化的全局变量。 3、在程序启动后，内核会将此段中的数据初始化为0或空指针。 |
| 栈 | 1、自动变量已经每次函数调用时所需保存的信息都存放在此段中。 2、例如：调用函数时的返回地址和调用者的环境信息、函数内定义的变量等。 3、栈从高地址向低地址方向增长。 |
| 堆 | 1、动态分配的内存，由malloc、calloc申请的内存等。 2、堆从低地址向高地址方向增长。 |

注意：只有正文和初始化段存放在磁盘的程序文件中。

3、实验

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

char GlobalNoInitArray[100];

int  GlobalIinitVal = 0;

int main(int argc, char* argv[])
{
    int   SysStackInit = 1;
    char  SysStackNoInit;
    long* Heap = (long*)malloc(sizeof(long));

    printf("argv              : %p\n",argv);
    printf("SysStackInit      : %p\n",&SysStackInit);
    printf("SysStackNoInit    : %p\n",&SysStackNoInit);
    printf("Heap              : %p\n",Heap);
    printf("GlobalNoInitArray : %p\n",GlobalNoInitArray);
    printf("GlobalIinitVal    : %p\n",&GlobalIinitVal);

    free(Heap);
    Heap = NULL;
    return 1;
}

[gbase@czg2 Src]$ ../Exec/MyStorageSpaceDistribution 
argv              : 0x7fff4c7ae6c8
SysStackInit      : 0x7fff4c7ae5c0
SysStackNoInit    : 0x7fff4c7ae5bf
Heap              : 0x980010
GlobalNoInitArray : 0x601080
GlobalIinitVal    : 0x601064

从中可以看出确实是按照图中进行排序的。再次点赞一下这本书，不错的，值得大家读。

[gbase@czg2 Src]$ size ../Exec/MyStorageSpaceDistribution 
   text    data     bss     dec     hex filename
   1624     564     136    2324     914 ../Exec/MyStorageSpaceDistribution

从左到右分别是正文段、数据段、bss段、十进制总长度、十六进制总长度。（单位：字节）