理解进程概念—3

Posted 2022-04-13 麋璐

       本次是理解进程概念的最后一个章节，今天要给大家介绍的是环境变量和程序地址空间两方面的内容，本章内容大部分以概念为主，需要大家反复观看。

       由于上一章结束的比较匆忙，我们再来回顾一下孤儿进程，孤儿进程就是父进程先于子进程退出，子进程就会成为孤儿进程。由于进程之间都是独立运行的，在父进程创建好子进程后，两个进程可以独立运行，互不影响运行过程；但其实在后台，会有一个1号进程成为所有孤儿进程的父进程，致使孤儿进程再退出后不会成为僵尸进程。（就好比1号父进程就是孤儿院院长，他会不断接纳孤儿进程，并且十分负责）

       下来就是我们以后经常要用到的守护进程，也可以叫精灵进程。该进程就是一种特殊的孤儿进程，运行在后台（不占用终端），并给自己创建新的对话，不会影响到当前登录终端时所创建的登录会话（一个登录会话就是一段时间，相当于我们登录上linux，直到我们断开linux连接），不受终端的任何影响，在背后进行一些任务的处理。

       讲完上章我们所遗漏的知识，我们现在来讲解今天的知识：环境变量，环境变量就是保存当前运行环境参数的一些变量，可以让环境配置更简单。

举个例子，但我们在Linux上写一一串代码，并执行

会发现我们写的代码不能像ls（打开目录）一样直接打开，必须要明确路径才能成功运行

那么，为什么我们不能像ls一样直接运行我们的程序呢？？？

原因就是我们的print文件并不在系统的默认查找位置，而ls却在其中，这时我们就要介绍我们的第一个环境变量——PATH

PATH环境变量：作用就是保存系统的程序默认查找路径，将我们自己的程序所在路径加入其中，这样我们在运行自己的程序时就不用加入路径了代码如下：

       我们将当前存有print文件的路径加入到/usr/bin中，echo查看系统默认路径就会显示我们当前路径，这就说明添加成功；我们就可以直接打出print了。

我们再来介绍几个简单的命令：

env                                     查看所有环境变量

echo $变量名称                  打印指定的环境变量内容（$声明后方为一个变量）

set                                       查看当前环境中的所有变量（包换环境变量和普通变量）

名称=数字                           在shell环境中添加普通变量

export 名称                         声明一个变量为环境变量

unset 名称                           移除指定的环境变量

       注意！！环境变量和普通变量的区别：在程序中可以获取到当前环境的环境变量数据，但获取不到普通变量的数据。每个终端都有自己独立的环境变量，互不影响，在一个终端中设置环境变量，其他终端并不会产生。（就算我们用一个账户开启两个会话，在第一个会话中声明一个环境变量，在第二个会话中也不会有这个环境变量出现）

环境变量在进程之间具有一定的传递性，可以通过设置环境变量向进程传递数据。

接下来我们要将到除进程概念外另一个非常重要的知识点：程序地址空间​

上图为程序的地址空间，

       通过冯诺依曼体系结构我们可以知道，程序本身是不占内存的，只有运行起来才会被加载到内存中，才能占用空间；因此程序地址空间应该被称为——进程地址空间

下面我们来看一个代码：

从代码来看，我们应该不难看出child的g_val应该和parent的g_val值相同，地址也相同；那么实际是什么样的呢？？

我们可以看到，当我们运行代码后会发现一个有趣的事：在同一块地址上，会有两个不一样的值！！

       在我们以前写代码时，一块空间就只能有一个值，这是肯定的，那么这里为什么会有两个不一样的值呢，是电脑的问题嘛？其实是这样的：在进程的内部我们所访问的空间地址实际上都是假地址，而进程地址空间其实是一个虚拟的地址空间，在进程中使用的地址都是虚拟地址空间中的地址。

那么问题来了，为什么要用虚假的地址空间呢？？如何实现虚假的地址空间？？

       那么这时候，我们以大家熟知的百度网盘举例：我们现在一个用户大约有100G，按1亿人有这么大的内存，按一个硬盘有4T，那么百度可能有这么多的硬盘吗？再算成本，市面上一个4T的硬盘大概2000快，那百度的成本就是50亿了。

       实际上百度使用了共用空间的，每个人使用多少，就会分多少空间给你，不hi直接开辟一段专属于你的空间；这样就可以大大节省空间的使用效率。（其实也就是告诉你，你有完整的100G可以使用，但实际上是，你用多少，我给你多少内存。）你所访问的是一个虚拟地址，在物理和虚拟地址空间之间建立一个映射关系实现离散存储数据，这样就可以做到虚拟访问的地址空间和实际存储的物理地址不同，实现离散存储数据。（完美利用空间碎片）

       因此使用虚拟地址空间，可以使内存利用率提高，每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，虚拟地址随意使用，不用担心与其他地址冲突，并且还可以在虚拟和物理映射做出内存访问，切记，虚拟地址空间只是对物理地址空间继进行的描述。

那么虚拟地址空间如何实现呢——虚拟地址空间的本质？？

       我们可以知道虚拟地址空间，就是有操作系统为每个进程虚拟描述了一个地址空间，或者说，虚拟地址空间，就是操作系统为进程进行虚拟空间维度的划分描述，这个描述就是一个mm_struct结构体。

       这里会涉及到一个方法：写实拷贝技术，就是空间中原本访问的是同一块代码，但是当空间中数据发生改变时，就要为子进程重新开辟一个空间，将数据拷贝进去，修改映射关系。

       接下来我们来讲解虚拟内存空间和物理内存之间是如何映射的——内存管理方式，在我们的系统中，总共由三类内存管理方式：分段式内存管理，分页式内存管理和缺页中断内存管理。

       首先来看分段式内存管理：将虚拟地址空间进行分段，划分为代码段，数据段........；目的就是便于编译器进行地址管理（一个程序除了动态申请之外，其地址都是在编译完成前就确定的）；而实现的方式就是将虚拟地址空间分段为段号和段内地址。

由上图可知，物理块起始地址+段内偏移（段内地址）=变量的实际存储地址

接下来看分页式内存管理：将虚拟内存地址空间进行更加细致的分页管理，一个内存页默认4096个字节

与分段式内存管理类似，物理起始地址+页内偏移=变量的物理存储地址，找到之后会判断是否具有权限，是否触发缺页中断（当前要访问的数据不在物理内存中，触发缺页中断，将需要的数据从交换分区重新加载）

分页式划分更加细致，实现数据经过页表映射后，在物理内存上的离散存储，提高内存的利用率，并在页表映射中进行内存访问控制

最后就是段页式：将地址空间进行分段，每个分段内采取分页管理（分页+分段），地址组成为段号+段内页号+页内偏移。

       该方法是通过段号找到段表项，段表项中记录了对应段的页表位置，再通过段内页号找到页表中的页表项，通过页表项中的物理块地址+页内偏移得到变量的物理存储地址

好了，以上的内容就是我们进程概念的最后两个知识，可以结合我之前的文章看，如有不对，希望给位大佬在评论区多多讨论，感谢观看！！