【Linux】进程概念（五）：详解环境变量的本质

k***92162025-12-22 16:40
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(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
  • SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。
三、查看环境变量的方法
3.1 echo $

echo &NAME：NAME是我们需要查看发环境变量名。

3.2 env

env: 查看所有环境变量。

四、测试PATH

为什么执行ls命令的时候不用带./就可以执行，而我们自己生成的可执行程序必须要在前面带上./才可以执行？

在这里插入图片描述

  • 因为要执行一个可执行程序必须要先找到它在哪里。
  • 既然不带./就可以执行ls命令，说明系统能够通过ls名称找到ls的位置。
  • 而系统是无法找到我们自己的可执行程序的，所以我们必须带上./，以此告诉系统该可执行程序位于当前目录下。

而系统就是通过环境变量PATH来找到ls命令的，查看环境变量PATH我们可以看到如下内容：

在这里插入图片描述

PATH是linux系统的指令默认搜索路径 ，即当我们在bash命令行中输入指令的时候，linux会首先在这个PATH中使用冒号：分隔的路径下逐个进行查找这个指令对应的可执行程序，如果找到了这个指令对应的可执行程序，那么linux就会去执行这个指令，如果没有找到那么会进行报错 而ls命令实际就位于PATH当中的某一个路径下(/usr/bin)，所以就算ls命令不带路径执行，系统也是能够找到的。

代码语言：javascript

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那么我们有没有什么办法能够让自己的程序不带路径也能执行呢？------我们通过两种方法实现

方式一：将可执行程序拷贝到环境变量PATH的某一路径下。

  • 既然在未指定路径的情况下系统会根据环境变量PATH当中的路径进行查找，那我们就可以将我们的可执行程序拷贝到PATH的某一路径下，此后我们的可执行程序不带路径系统也可以找到了。

sudo cp 文件名 /usr/bin

在这里插入图片描述

方式二：将可执行程序所在的目录导入到环境变量PATH当中。

  • 将可执行程序所在的目录导入到环境变量PATH当中，这样一来，没有指定路径时系统就会来到该目录下进行查找了。
  • PATH：添加我们的路径，PATH的作用是查看

PATH=$PATH:（pwd查看的当前路径）

五、测试 HOME & USER
  1. HOME（环境变量）：指定用户的主工作目录（用户登录linux系统时，默认的目录）
  2. USER（环境变量）：指定当前登录系统的用户名，即操作系统会根据不同的登录用户去对应分配不同的USER环境变量，即不同的环境变量有不同的用户
  3. cd ~进入家目录，这个家目录的位置和HOME指定用户的主工作目录或默认目录相同 ，代表当不同用户登录linux系统的时候会根据不同用户去分配不同的环境变量。

普通用户和超级用户：

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六、环境变量相关命令大全
命令 语法 作用 示例 作用范围
显示变量 echo $VAR 显示环境变量的值 echo $PATH 当前shell
printenv 显示所有环境变量 printenv 当前shell
printenv VAR 显示指定环境变量 printenv HOME 当前shell
env 显示所有环境变量 env 当前shell
设置变量 VAR=value 设置局部变量 NAME="John" 当前shell
export VAR=value 设置环境变量 export PATH=$PATH:/bin 当前shell及子进程
修改变量 export VAR=new_value 修改环境变量值 export PATH=/new/path 当前shell及子进程
VAR=new_value 修改局部变量值 NAME="Jane" 当前shell
删除变量 unset VAR 删除环境变量 unset TEMP_DIR 当前shell
变量扩展 ${VAR} 变量值扩展 echo ${PATH} 当前shell
${VAR:-default} 空时使用默认值 echo ${VAR:-"default"} 当前shell
${VAR:=default} 空时设置默认值 echo ${VAR:="default"} 当前shell
查看命令路径 which cmd 显示命令的完整路径 which ls 当前shell
whereis cmd 显示命令路径及手册页 whereis python 当前shell
type cmd 显示命令类型 type cd 当前shell
特殊变量 $HOME 用户家目录 echo $HOME 所有shell
$PATH 命令搜索路径 echo $PATH 所有shell
$PWD 当前工作目录 echo $PWD 当前shell
$USER 当前用户名 echo $USER 所有shell
$SHELL 当前shell路径 echo $SHELL 所有shell
$PS1 主提示符设置 echo $PS1 当前shell
持久化设置 编辑 ~/.bashrc 用户级环境变量 vim ~/.bashrc 永久生效
编辑 ~/.bash_profile 登录shell环境变量 vim ~/.bash_profile 永久生效
编辑 ~/.profile 用户环境配置 vim ~/.profile 永久生效
编辑 /etc/profile 系统级环境变量 sudo vim /etc/profile 所有用户
编辑 /etc/bashrc 系统级bash配置 sudo vim /etc/bashrc 所有用户
生效配置 source file 使配置文件立即生效 source ~/.bashrc 当前shell
. file 使配置文件立即生效 . ~/.bashrc 当前shell
进程环境 export -p 显示所有导出的环境变量 export -p 当前shell
declare -x 显示导出的环境变量 declare -x 当前shell
set 显示所有变量和函数 set 当前shell
数组变量 VAR=(val1 val2) 定义数组变量 FILES=(*.txt) 当前shell
echo ${VAR[@]} 显示数组所有元素 echo ${FILES[@]} 当前shell
echo ${#VAR[@]} 显示数组元素个数 echo ${#FILES[@]} 当前shell
七、 通过代码获取环境变量
7.1 命令行参数

main 函数是 C/C++ 程序的入口点，它通过命令行参数机制为程序提供了与外部环境交互的重要接口。其标准形式为：

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int main(int argc, char* argv[])

参数解析：

  • argc（参数计数）：表示命令行参数的数量，至少为 1（程序名称本身）
  • argv（参数向量）：字符指针数组，按顺序存储每个命令行参数字符串的起始地址

底层调用机制： 在程序启动时，main 函数由运行时库的初始化代码（如 Startup() 或 CRTStartup()）调用。这些启动例程负责解析命令行输入，并将处理后的参数传递给 main 函数。

参数传递原理： 当在 Linux bash 中执行命令时，系统会将空格分隔的各个字符串解析为独立参数。例如：

代码语言：javascript

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./mycmd -a file.txt

这个命令会产生三个参数：

  • argv[0] → "./mycmd"
  • argv[1] → "-a"
  • argv[2] → "file.txt"
  • argc 的值为 3

指令原型：

代码语言：javascript

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 检查参数数量：程序需要恰好1个参数（不含程序名本身）
    if (argc != 2) {
        // 显示正确的使用格式提示
        printf("用法: %s -[a|b|c]\n", argv[0]);
        return 1;  // 返回非零值表示执行失败
    }
    
    // 输出程序名和用户输入的参数，便于调试和显示
    printf("%s[1]->%s ", argv[0], argv[1]);
    
    // 根据不同的命令行选项执行相应功能
    if (strcmp(argv[1], "-a") == 0) {
        // 处理 -a 选项：执行功能1
        printf("功能1\n");
    } else if (strcmp(argv[1], "-b") == 0) {
        // 处理 -b 选项：执行功能2
        printf("功能2\n");
    } else if (strcmp(argv[1], "-c") == 0) {
        // 处理 -c 选项：执行功能3
        printf("功能3\n");
    } else {
        // 处理未知选项：提示用户输入错误
        printf("未知选项\n");
        return 1;  // 返回非零值表示执行失败
    }
    
    // 程序正常执行完成
    return 0;
}

在这里插入图片描述

7.2 打印命令行参数
  1. 命令行参数向量表 argv 是程序与命令行环境交互的核心数据结构。这个指针数组以特定的方式组织命令行参数，并在末尾添加了一个重要的结束标记。
  2. 在内存中，假设程序接收了三个命令行参数，那么向量表在内存中的布局将如下所示：argv[0] 指向程序名称字符串，argv[1] 指向第一个实际参数，argv[2] 指向第二个参数，argv[3] 指向第三个参数，而 argv[4] 则是一个 NULL 空指针。这种设计确保了数组下标从 0 到 argc 的范围内都是有效的访问区域，其中 argv[argc] 必定为 NULL 指针。
  3. 这种以 NULL 终止的设计带来了多种灵活的遍历方式。开发者可以根据具体需求选择最适合的遍历方法。最直接的方式是利用 argc 参数进行索引循环，通过 for (int i = 0; i < argc; i++) 这样的循环结构逐个访问每个参数。另一种更优雅的方式是直接利用 NULL 终止特性，使用 while (argv[i] != NULL) 作为循环条件。这种方法不需要依赖 argc 参数，代码更加简洁。

代码语言：javascript

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    int cnt = 0;
    while (argv[cnt] != NULL)
    {
        printf("%s[%d]->%s\n", argv[0], cnt, argv[cnt]);
        cnt++;
    }

    return 0;
}

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7.3 命令行第三个参数

char* env[] 是 main 函数的第三个参数，用于接收环境变量表。

  • 环境变量指针数组 ：env 是一个以 NULL 结尾的字符串指针数组
  • 存储内容：每个指针指向一个 "KEY=VALUE" 形式的环境变量字符串
  • 系统传递：由操作系统在程序启动时自动填充并传递给程序
  • 遍历方式 ：与 argv 类似，可以通过循环遍历直到遇到 NULL 指针

打印出环境变量表：

代码语言：javascript

AI代码解释

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#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    int i = 0;
    for(; env[i]; i++)                                                                                                                     
    {
    		printf("%s\n", env[i]);
    }
    return 0;
}

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7.4 通过第三方变量environ获取

代码语言：javascript

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#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
extern char **environ;
int i = 0;
for(; environ[i]; i++){
printf("%s\n", environ[i]);
} r
eturn 0;
}

代码语言：javascript

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libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头⽂件中,所以在使⽤时要用extern声明。

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八、通过系统变量获取或设置环境变量
8.1 getenv

使用代码调用系统调用接口getenv获取PATH环境变量的值和当前登录用户

代码语言：javascript

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

int main()
{
	printf("PATH:%s\n",getenv("USER"));
	printf("USER:%s\n",getenv("USER"));
	
  return 0;
}

在这里插入图片描述

九、环境变量的全局属性
  1. 从理论层面分析，环境变量的全局性建立在进程树模型之上。在操作系统中，所有用户进程都通过父子关系组织成一棵多叉树结构。
  • bash shell 作为用户会话的初始进程，在启动时会从系统配置文件（如 /etc/profile、~/.bashrc 等）中读取并建立初始的环境变量集合。
  • 当 bash 创建子进程时，它会将自己的环境变量副本传递给子进程，这个过程在 fork() 系统调用时自动完成。子进程同样会将环境变量继续传递给自己的子进程，这样就形成了环境变量在整棵进程树中的级联传递。
  • 由于 bash 位于进程树的根部，它定义的环境变量自然能够传播到所有后代进程中，从而实现了环境变量的全局属性。
  1. 为了深入理解这一机制，我们需要区分环境变量 与本地变量的本质差异。
  • 在 bash 命令行中直接通过 VAR=value 形式定义的变量属于本地变量，这类变量仅在当前 shell 进程内部有效，不会传递给任何子进程。
  • 本地变量和环境变量是相互独立的概念，各自维护不同的作用域和生命周期。这种设计既保证了系统配置的全局一致性，又为单个进程提供了私有的变量空间。
  • export设置一个新的环境变量，unset清除环境变量
  • 本地变量可以通过export将自己变为环境变量
  • 当本地变量使用export变成环境变量之后，可以通过unset将环境变量再变回本地变量
  • 可以使用set查看环境变量和本地变量
  • 我们在bash命令行中定义一个本地变量MYENV，接着再使用env显示环境变量，通过管道将数据传输给grep进行过滤MY_VALUE，结果什么都不显示，即无法在环境中找到MYENV
  • 我们再使用echo $查看MYNV，查看到MYENV对应的值了555

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  • 我们还可以使用set去查看这个MYENV本地变量

在这里插入图片描述

  • 我们也通过 set 命令显示所有变量后，配合 grep 进行过滤，可以快速定位到特定的本地变量 MYENV。具体命令为：set | grep MYENV。

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  • 我们运行的程序，也是fork的子进程，继承fork的环境变量，那么我们使用代码通过getenv测试我们定义的本地变量MYENV是否被继承下来

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结果：运行程序，访问出现错误，子进程中的环境变量中并没有MYENV，是由于无法我们定义的本地变量MYENV由于不是环境变量所以没有被继承。

  • 此时我们使用export将bash中的本地变量MYENVE变成环境变量，再使用env | grep MYENV的方式在bash的环境变量中找到MYENV。

在这里插入图片描述

如图此时我们运行自己的程序成功找到MYENV，即子进程继承了fork的环境变量，证明环境变量具有全局属性。

  • 用unset（清除环境变量）将环境变量变成本地变量

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十、常规命令和内建命令

在 Shell 环境中，命令分为两大类型：常规命令和内建命令，它们在执行机制上有着本质的区别。

  1. 常规命令 也被称为外部命令或磁盘命令，这类命令的本质是独立的可执行程序文件。当我们在 Shell 中输入一个常规命令时，系统会启动一个新的子进程来执行该命令。Shell 首先通过 PATH 环境变量指定的目录路径来查找对应的可执行文件，找到后使用 fork() 创建子进程，然后通过 exec() 系列函数加载并执行该程序。
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