《UNIX环境高级编程》(APUE) 笔记第七章 - 进程环境

7 - 进程环境

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1. main 函数

C 程序总是从 main 函数 开始执行：

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

\(argc\) 为命令行参数的数目，\(argv\) 是指向参数各个指针所构成的数组。

内核使用一个 exec 函数 执行 C 程序，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例程指定为程序的起始地址，启动例程在调用 main 函数前从内核获取命令行参数和环境变量值。

2. 进程终止

2.1 终止类型

正常终止：

1. 从 main 返回
2. 调用 exit
3. 调用 _exit 和 _Exit
4. 最后一个线程从启动例程返回
5. 从最后一个线程调用 pthread_exit

异常终止：

1. 调用 abort
2. 接到一个信号
3. 最后一个线程对取消请求做出响应

2.2 退出函数

三个函数用于正常终止一个程序：

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

exit 函数总是执行一个标准 I/O 库的清理关闭操作：对于所有打开流调用 fclose 函数，这造成输出缓冲中的所有数据都被冲洗（写到文件上）。

_exit 和 _Exit 立即进入内核。

2.3 atexit

由 exit 函数自动调用的函数是 终止处理程序 (exit handler) ，调用 atexit 函数来登记这些函数：

#include <stdlib.h>
int atexit(void (*func)(void));

返回值：若成功，返回 \(0\) ；若出错，返回 \(非0\) 。

atexit 的参数是一个函数地址。exit 函数调用这些函数的顺序与它们登记时候的顺序相反。同一函数如若登记多次，也会被调用多次。（ exit 首先调用各终止处理程序，然后关闭 (fclose) 所有打开流 ）

3. 环境表

每个程序都接收到一张 环境表 ，它是一个字符指针数组，各指针指向的字符串称为 环境字符串 。全局变量 environ 为 环境指针 ，包含了该指针数组的地址。

extern char **environ;

4. C 程序的存储空间布局

C 程序存储空间包括：

• 正文段：这是由CPU执行的机器指令部分。通常，正文段可共享，且是只读的，以防止程序由于以外而修改其指令。
• 初始化数据段：称为 数据段 ，包含了程序中需要明确赋初值的变量。
• 未初始化数据段：称为 bss 段 ，在程序开始执行前，内核将此段中的数据初始化为 \(0\) 或空指针。
• 栈：保存自动变量（局部作用域变量）以及每次函数调用时所需保存的信息（其返回地址以及调用者的环境信息）。最近被调用的函数在栈上为其自动和临时变量分配存储空间，通过这种方式使用栈，C递归函数可以工作。
• 堆：在堆中进行动态存储分配。

需要存储在磁盘程序文件中的段只有正文段和初始化数据段。

5. 共享库

• 共享库 使得可执行文件中不再需要包含公用的库函数，而只需在所有进程都可引用的存储区中保存这种库例程的一个副本。
• 程序第一次执行或调用某个库函数时，用 动态链接 的方法将程序与共享库函数相链接。
• 这减少了执行文件长度，但增加了一些运行时间开销。这种开销发生在该程序第一次被执行时，或者每个共享库函数第一次被调用时。

6. 存储空间分配

三个用于 存储空间动态分配 的函数：

• malloc：分配指定字节数的存储区。此存储区中的初始值不确定。
• calloc：为指定数量指定长度的对象分配存储空间。该存储空间中的每一位 (bit) 都初始化为 \(0\) 。
• realloc：增加或减少以前分配区的长度。当增加长度时，可能需要将以前分配区的内容移到另一个足够大的区域，以便在尾端提供增加的存储区，而新增区域内的初始值不确定。\(newsize\) 是存储区的长度。

free 函数用于释放 \(ptr\) 指向的存储空间，被释放的空间通常被送入可用存储区池。若一个进程调用 malloc 函数，但却忘记了调用 free 函数，那么该进程占用的存储空间就会连续增加，这被称为 泄露 (leakage) 。

#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nobj, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t newsize);
//三个函数返回值：若成功，返回非空指针；若出错，返回 NULL
void free(void *ptr);

7. 函数 setjmp 和 longjmp

函数 setjmp 和 longjmp 用于在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某一个函数中。（C语言 goto 语句在一个函数内实施跳转，两者不同）

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);	//返回值：若直接调用，返回 0，从longjmp返回，则为非 0
void longjmp(jmp_buf env, int val);

在希望返回到的位置调用 setjmp 。\(env\) 参数的类型是一个特殊类型 jmp_buf ，它是某种形式的数组，其中存放调用 longjmp 时能用来恢复栈状态的所有信息。通常将 \(env\) 变量定义成全局变量。\(val\) 为从 setjmp 处返回的值。

函数 setjmp 和 longjmp 用于在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某一个函数中。（C语言 goto 语句在一个函数内实施跳转，两者不同）

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);	//返回值：若直接调用，返回 0，从longjmp返回，则为非 0
void longjmp(jmp_buf env, int val);

在希望返回到的位置调用 setjmp 。\(env\) 参数的类型是一个特殊类型 jmp_buf ，它是某种形式的数组，其中存放调用 longjmp 时能用来恢复栈状态的所有信息。通常将 \(env\) 变量定义成全局变量。\(val\) 为从 setjmp 处返回的值。