[APUE]UNIX进程的环境(上)

一、 前言

  本章将学习:当执行程序时，其main函数是如何被调用的，命令行参数是如何传送给执行程序的，典型的存储器布局是什么样式，如何分配另外的存储空间，进程如何使用环境变量，进程终止的不同方式等。另外还将说明longjmp和setjmp函数以及它们与栈的交互作用。

二、 main函数

  C程序的入口是main函数，main函数的原型是:

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

  当内核启动C程序时(使用一个exec函数),在调用main前先调用一个特殊的启动例程。可执行程序文件将此启动例程制定为程序的起始地址--这是由链接器设置的，而链接器程序则由C编译程序(通常是cc)调用。启动例程从内核取得命令行参数和环境变量值，然后为调用main函数作好安排。

三、进程终止

  有五种方式使进程终止:

• 正常终止: (a) 从main返回。
  (b) 调用exit。
  (c) 调用_exit。

• 异常终止: (a) 调用abort。
  (b) 由一个信号终止。

  上节提到的启动例程是这样编写的，使得从main返回后立即调用exit函数，如果将启动历程以C代码形式表示(此例程通常用汇编编写)，则它调用main函数的形式可能是: exit(main(argc, argv));

1. exit和_exit函数

  exit和_exit函数用于正常终止一个程序：_exit立即进入内核，exit则先执行一些清除处理(包括调用执行各终止处理程序，关闭所有标准IO流等)，然后进入内核。

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

#include <unistd.h>
void _exit(int statu);

使用不同头文件的原因是:exit是由ANSI C说明的，而_exit则是由POSIX.1说明的

  由于历史原因，exit函数总是执行一个标准IO库的清除关闭操作:对所有打开的流调用fclose函数，这会造成缓存中的所有数据都被刷新(写入到文件上)。

2. atexit函数

  按照ANSI C的规定，一个进程可以登记多至32个的终止处理函数(exit handler)，这些函数将由exit自动调用。可用atexit函数来注册这些函数。

#include <stdlib.h>
int atexit(void (*func)(void));
返回值:成功为0，出错非0

  atexit的参数是一个无参数并且无返回的函数的指针。exit以注册这些函数的相反顺序调用它们。如果一个函数被注册多次那会被调用多次。   根据ANSI C和POSIX.1 exit首先调用各终止处理程序，然后按需多次调用fclose。下图显示了一个C程序是如何启动的，以及它终止的各种方式。

   

 

内核使程序执行的唯一方式是调用一个exec函数。

四、命令行参数

  当执行一个程序时，调用exec的进程可将命令行参数传给该程序。

五、环境表

  每个程序都接收到一张环境表。与参数表一样，环境表也是一个字符指针数组，其中每个指针包含一个以null结束的字符串的地址。全局变量environ则包含了该指针数组的地址。 extern char **environ;   如果该环境包含五个字符串，那么它们看起来如下图:

 

 

其中每个字符串的结束处都有一个null字符。我们称environ为环境指针。指针数组为环境表，其中各指针指向的字符串为环境字符串。通常使用getenv和putenv函数来存取特定的环境变量，而不是用environ变量。但是如果要查看整个环境则必须使用environ指针。

六、C程序的存储空间布局

  C程序由以下几部分组成:

• 正文段。这是由CPU执行的机器指令部分。通常正文段是共享的，所以即使是经常执行的程序(如文本编辑程序、C编译程序、shell等)在存储器中也只需有一个副本。另外正文段常常是只读的。
• 初始化数据段。通常将此段称为数据段。其中包含了程序中需赋初值的变量。如C程序中任何函数之外的说明:

  int maxcount = 99;

  使此变量以初值存放在初始化数据段中。
• 非初始化数据段。通常称此段为bss段(block started by symbol, 由符号开始的块)，在程序开始执行之前，内核将此段初始化为0。函数外的说明: long sum[1000] 使此变量存放在非初始化数据段中。
• 栈。自动变量以及每次函数调用所需保存的信息(返回地址和调用者的环境信息)都存放在此段中。
• 堆。通常在堆中进行动态存储分配。堆位于非初始化数据段项和栈底之间。
  下图显示了这些段的典型安排方式。
  

   

  
  从图中可以看到未初始化数据段的内容并不存放在磁盘程序文件中。需要存放在磁盘程序文件中的段只有正文段和初始化数据段。size命令报告正文段、数据段、和bss段的长度:

$ size /bin/cc /bin/sh
text  data  bss dec    hex
81920 16384 664 98968 18298 /bin/cc
90112 16384 0 106496 1a000 /bin/sh

  第4列和第5列分别以十进制和十六进制表示的总长度。