我们知道,每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息,Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。现在我们全面了解一下其中都有哪些信息。
进程id。系统中每个进程有唯一的id,在C语言中用pid_t类型表示,其实就是一个非负整数。
进程的状态,有运行、挂起、停止、僵尸等状态。
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
描述虚拟地址空间的信息。
描述控制终端的信息。
当前工作目录(Current Working Directory)。
umask掩码。
文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针。
和信号相关的信息。
用户id和组id。
控制终端、Session和进程组。
进程可以使用的资源上限(Resource Limit)。
目前读者并不需要理解这些信息的细节,在随后几章中讲到某一项时会再次提醒读者它是保存在PCB中的。
fork和exec是两个重要的系统调用。fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程,原来的进程称为父进程(Parent Process),新进程称为子进程(Child Process)。系统中同时运行着很多进程,这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。在Shell下输入命令可以运行一个程序,是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新的Shell进程,然后新的Shell进程调用exec执行新的程序。
我们知道一个程序可以多次加载到内存,成为同时运行的多个进程,例如可以同时开多个终端窗口运行/bin/bash,另一方面,一个进程在调用exec前后也可以分别执行两个不同的程序,例如在Shell提示符下输入命令ls,首先fork创建子进程,这时子进程仍在执行/bin/bash程序,然后子进程调用exec执行新的程序/bin/ls,如下图所示。
子进程的PCB是根据父进程复制而来的,所以其中的umask掩码也和父进程一样。同样道理,子进程的当前工作目录也和父进程一样,所以我们可以用cd命令改变Shell进程的当前目录,然后用ls命令列出那个目录下的文件,ls进程其实是在列自己的当前目录,而不是Shell进程的当前目录,只不过ls进程的当前目录正好和Shell进程相同。有一个例外,子进程PCB中的进程id和父进程是不同的。
先前讲过,exec系统调用执行新程序时会把命令行参数和环境变量表传递给main函数,它们在整个进程地址空间中的位置如下图所示。
和命令行参数argv类似,环境变量表也是一组字符串,如下图所示:
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。下面是一个打印环境变量的例子:
#include <stdio.h>
int main(void)
{
externchar **environ;
inti;
for(i=0;environ[i]!=NULL; i++)
printf("%s\n",environ[i]);
return0;
}
由于父进程在调用fork创建子进程时会把自己的环境变量表也复制给子进程,所以a.out打印的环境变量和Shell进程的环境变量是相同的。
按照惯例,环境变量字符串都是name=value这样的形式,大多数name由大写字母加下划线组成,一般把name的部分叫做环境变量,value的部分则是环境变量的值。环境变量定义了进程的运行环境,一些比较重要的环境变量的含义如下:
PATH
可执行文件的搜索路径。ls命令也是一个程序,执行它不需要提供完整的路径名/bin/ls,然而通常我们执行当前目录下的程序a.out却需要提供完整的路径名./a.out,这是因为PATH环境变量的值里面包含了ls命令所在的目录/bin,却不包含a.out所在的目录。PATH环境变量的值可以包含多个目录,用:号隔开。在Shell中用echo命令可以查看这个环境变量的值:
$ echo $PATH
SHELL
当前Shell,它的值通常是/bin/bash。
TERM
当前终端类型,在图形界面终端下它的值通常是xterm,终端类型决定了一些程序的输出显示方式,比如图形界面终端可以显示汉字,而字符终端一般不行。
LANG
语言和locale,决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。
HOME
当前用户主目录的路径,很多程序需要在主目录下保存配置文件,使得每个用户在运行该程序时都有自己的一套配置。
用environ指针可以查看所有环境变量字符串,但是不够方便,如果给出name要在环境变量表中查找它对应的value,可以用getenv函数。
#include <stdlib.h>char *getenv(const char *name);
getenv的返回值是指向value的指针,若未找到则为NULL。
修改环境变量可以用以下函数
#include <stdlib.h> int setenv(const char *name, const char*value, int rewrite);void unsetenv(const char *name);
putenv和setenv函数若成功则返回为0,若出错则返回非0。
setenv将环境变量name的值设置为value。如果已存在环境变量name,那么
若rewrite非0,则覆盖原来的定义;
若rewrite为0,则不覆盖原来的定义,也不返回错误。
unsetenv删除name的定义。即使name没有定义也不返回错误。
下面是一个修改环境变量的例子:
#include <stdlib.h>#include <stdio.h> int main(void){ printf("PATH=%s\n",getenv("PATH")); setenv("PATH","hello", 1); printf("PATH=%s\n",getenv("PATH")); return0;}
父进程在创建子进程时会复制一份环境变量给子进程,但此后二者的环境变量互不影响。