[APUE] 进程环境

APUE 一书的第七章学习笔记。

进程终止

有 8 种方式可以使得进程终止，5 种为正常方式：

Return from main
Calling exit()
Calling _exit or _Exit
Return of the last thread from its start routine
Calling pthread_exit from the last thread

3 种非正常终止方式：

Calling abort
Receipt of a signal
Response of the last thread to a cancellation request

退出函数

函数原型：

#include <stdlib.h>

void exit(int status);

void _Exit(int status);

#include <unistd.h>

void _exit(int status);

区别：_exit/_Exit 会立即进入内核；exit 先执行清理处理（对所有打开的 Stream 执行 fclose ），后进入内核。

exit(k) 相当于在 main 函数中 return k ，最近一个进程的退出码可以在 Shell 中使用 echo $? 获取。

回调函数 atexit

按照 ISO C 标准，一个进程最多可以登记 32 个回调函数，这些函数称为终止处理程序 (exit handler)，由 exit 来调用。

函数原型：

int atexit(void (*func)(void));

// Returns: 0 if OK, nonzero on error

exit 调用终止处理函数的顺序与登记顺序相反（_exit/_Exit 则不会调用）；如果登记多次，也会被调用多次。

例子：

void test1() { printf("A "); }

void test2() { printf("B "); }

int main()

{

    atexit(test1);

    atexit(test1);

    atexit(test2);

    // 如果调用下面 2 个函数，则不会有输出

    // _exit(0), _Exit(0)

}

// Output: B A A

下图展示了一个 C 程序如何启动和终止的过程，也显示了 exit, _exit, _Exit, atexit 这 4 个函数的关系。

环境表

环境表 (Environment List), 与命令行参数 argv 一样，是一个 char* 数组。

下列程序可以打印所有的环境参数：

#include <stdio.h>

extern char **environ;

int main()

{

    int i;

    for (i = 0; environ[i] != NULL; i++)

        puts(environ[i]);

}

输出一大片：

TERM=xterm-256color

SHELL=/bin/bash

...

USER=sinkinben

LS_COLORS=rs=0:di=01;...

PATH=...

MAIL=/var/mail/sinkinben

PWD=/home/sinkinben/workspace/apue

HOME=/home/sinkinben

...

_=./a.out

C 存储布局

如下图所示，一个 C 程序由以下部分组成：

text 段：这是 CPU 执行的机器指令部分。text 段通常是只读（防止意外修改）和可共享的，即使是频繁执行的程序，它们的 text 段在内存中只会存在 1 个副本。（难怪我的 Mac 开机第一次调用 clang++ 会特别慢）
初始化数据段（简称数据段）：包括初始化的全局变量和 static 修饰的变量。
未初始化的数据段（简称 bss 段）：在程序开始执行前，由 exec 初始化为 0 或者空指针。（确实，我还以为是随机值）
栈：局部变量，函数调用。
堆：动态内存分配。

这是一种典型的逻辑布局，但不是所有的实现都是如此，具体取决于实际的 OS 和硬件。对于 32 位 Intel x86 架构的 Linux，text 段从 0x80480000 开始，栈从 0xC0000000 开始向低地址增长。

可以通过 size 命令获取一个 C 程序的各个段大小，dec, hex 分别是前 3 个数字的总和的十进制和十六进制：

$ size /bin/bash

   text    data     bss     dec     hex filename

 997958   36496   23480 1057934  10248e /bin/bash

共享库

共享库 (Shared Libraries): 对于一些常用的公共函数库，只需要在所有进程都可引用的存储区保存一份副本。程序第一次调用某个库函数的同时，用动态链接的方式将程序与库函数相链接。这就减少了可执行文件的大小，但增加了一些运行时开销。

使用 Shared Libraries 的另外一个优点是：可以动态更新某个库的版本，而不需要重新对使用该库的程序重新链接。

使用 gcc -static 可指定生成的可执行文件使用静态链接。

$ gcc test.c ; size ./a.out

   text    data     bss     dec     hex filename

   1099     544       8    1651     673 ./a.out

$ gcc test.c -static ; size ./a.out

   text    data     bss     dec     hex filename

 823142    7284    6360  836786   cc4b2 ./a.out

动态内存分配

环境变量

getenv

#include <stdlib.h>

char *getenv(const char *name);

// Returns: pointer to value associated with name, NULL if not found

获取环境变量。例子：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main()

{

    puts(getenv("JAVA_HOME"));

}

// Output: /usr/local/java/jdk1.7

putenv, setenv, unsetenv

getrlimit, setrlimit

每个进程都有一组资源限制，可以通过 getrlimit, setrlimit 进行查询和修改：

#include <sys/resource.h>

int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlptr);

int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlptr);

// Both return: 0 if OK, −1 on error

resource 是形如 RLIMIT_CPU 的一组宏定义。

结构体 rlimit 的定义如下：

 struct rlimit {

     rlim_t  rlim_cur;  /* soft limit: current limit */

     rlim_t  rlim_max;  /* hard limit: maximum value for rlim_cur */

};

修改操作需要遵循以下规则：

cur <= max
可以降低 rlim_max ，但必须大于等于 rlim_cur.
只有超级用户进程可以提高 rlim_max 。

修改资源限制会应当当前进程和它的子进程，所以 Shell 中一般会内置 ulimit 命令来修改当前 Shell 的资源限制。