Linux——环境变量虚拟地址空间

Posted 2022-11-30 一棵灬胡杨树

文章目录

• 一、环境变量
• • 1.1 常见的环境变量
  • 1.2 与环境变量相关的命令
  • 1.3 环境变量的组织方式
• 二、虚拟地址空间
• • 2.2 虚拟地址空间的访问过程
• 三、虚拟地址空间的管理方式
• • 3.1 页式管理
  • 3.2 段式管理
  • 3.3 段页式管理

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一、环境变量

环境变量是在操作系统中用来指定操作系统运行环境的参数

Notes：环境变量在系统中通常具有全局特性。

1.1 常见的环境变量

1. PATH：指定命令的搜索路径。

2. HOME：用户的工作目录。（说白了就是用户登陆到Linux系统中默认的目录）
3. SHELL：SHELL的值通常就是/bin/bash。

1.2 与环境变量相关的命令

1. echo:显示某个环境变量的值

2. export：设置一个环境变量
   临时生效:
   export [环境变量名]=$[环境变量名]:/你的路径
   
   我们首先vim一个.c文件，接着gcc一个main可执行文件，当我们执行main的时候，就会显示如上结果。为了让main指令可以正常运行，我们用export将main的环境变量加入到PATH里,入下图所示:
   

   永久生效:
   通常我们在linux低下coding的时候，我们会安装一个叫vimcpp的玩意（这玩意就让我们编程更加丝滑）,在安装的过程中，执行最后一步的时候会执行一个命令叫做：“source ~/.bashrc”。为什么呢要执行这玩意呢？因为" ~/.bashrc"是一个环境变量文件，我们用source + " ~/.bashrc"让系统重新读一遍文件的内容。下面我们来看看这个环境变量文件里面到底有什么
   
   我们可以看到这个文件里面最后一行第一个单词"export",熟悉不熟悉！所以如果我们想让它永久生效，我们就把export这个命令写在文件里面。

3. env：显示所有的环境变量

4. unset:清除环境变量

5. set:显示本地定义的shell变量和环境变量

1.3 环境变量的组织方式

上面main函数中有3个参数分别代表：命令行参数的个数、命令行参数的值、环境变量。

其中第三个参数env其实就是一个指针数组，如下图所示:

每一个程序都会收到一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每一个指针都指向一个以\\0结尾的环境字符串。

二、虚拟地址空间

在CPU设计的时候，使用了特别多的地址线，比如32位、64位、128位。但是还是无法满足CPU对大容量存储器的需求，这就需要构筑一个更大的存储空间，在实际使用的时候，还是按照主存地址访问，这大概就是虚拟地址空间存在的意义吧。

如果是64位操作系统，那么地址范围就是0~2^64，物理内存往往小于这个范围，剩下的部分就是虚拟地址空间。如上图所示。
虚拟地址空间就是对物理空间的一次扩展，这就使得了存储系统具有非常大的存储能力了。

2.2 虚拟地址空间的访问过程

当我们使用虚拟地址访问存储器的时候，系统会将虚拟地址空间映射到物理地址空间，如果虚拟地址对应的存储单元在物理地址空间里，则直接访问，称为命中。如果不在物理地址空间里，称未命中，如果未命中的话，则需要将该存储单元和附近单元的所有数据从虚拟空间调入主存，再访问存储单元。

Notes：总的来说，虚拟地址空间和物理地址空间之间的是一个映射关系。

三、虚拟地址空间的管理方式

虚拟地址空间的管理方式主要有3种：页式管理、段式管理和段页式管理。

3.1 页式管理

页式管理把虚拟内存和物理内存划分为大小固定且相等的页，大小一般为4KB～1G。在映射的过程中，虚拟地址页和物理地址页不是一一对应的，即虚拟地址可以与物理地址的任何页位置对应。虚拟地址由虚拟页号和页内地址组成，物理地址也由页号和页内地址组成。在任何一个进程的时候，一个虚拟地址都对应一个物理地址。这种把存储空间划分为页，并按照页管理的方式，称为页式管理。下图就是页式管理虚拟内存空间的映射：

页式管理的地址变换：
首先根据虚拟地址中的基号（即用户程序名）查找页表基址表，从而找到页表起始地址。如下图中的P，然后根据虚拟地址中的页号在以P为其实地址的页表中查找页起始地址，将虚拟地址中的页内地址（低段）和物理主存中的页起始地址（高段）构成物理实地址；

3.2 段式管理

在段式管理中，每一个程序模块被分配到物理内存中的某一段中。为了寻址，设定一个表格来记录每一个程序模块的信息，这个表就称为段表。段表中每一行记录一个用户程序的段号、起始地址和段长等。

在虚拟内存中，用户的程序模块或数据是以段的形式保存的，当需要运行某个程序时，首先根据段号查找段表，取出表中的段起始地址，与虚拟地址中的段内地址相结合，构成物理主存中的地址。

上图显示的是一个段表，以此构成一级段管理系统。对于一级段管理系统，用户程序的逻辑地址分为两个部分，高位是段号，地位是段内地址（也称为偏移量）。在地址变换的时候，只要根据逻辑地址的高位查表，得到实际段起始地址，在与逻辑地址中的段内地址相结合，得到实际的物理地址，如下图所示：

用户程序的逻辑地址分为3个部分，即基号、段号和段内地址。其中基号对应的是进程名，根据基号在段表基址表中查找段表起始地址，如上图的P所示。然后根据段号在以P为起始地址的段表中查找，接着取出其中的段起始地址，与逻辑地址中的段内地址相加，形成物理主存地址。

3.3 段页式管理

段页式管理是把存储器空间按照逻辑模块分段，把每一段又分成若干页。访问存储器的时候需要经过段表和若干个页来进行。这种集中了段式管理和页式管理的优点。按照段式管理容易实现数据段的保护，按照页式管理容易实现页置换。

Notes：采用段页式管理，段的大小必须是页的整数倍，且段起始地址必须是页的起始地址。

将段表和段内页表结合起来，就可以找到逻辑地址中某段某页在物理主存中对应的页，如下图所示:

段页式管理地址变换如下图所示，包括一个段表基址表，若干个段表和大量的页表。逻辑地址中的基号对应进程名，用来在段表基址表中查找段表的起始地址，如图A所示，然后在以A为起始地址的段表中按照逻辑地址中的段号查找页表的起始地址，如图P所示，最后在以P为其实地址的页表中按照逻辑地址中的页号查找页表。

当以P为起始地址的页表中查到页表时，之后取出对应物理主存中的页起始地址，与逻辑地址中的页地址相结合，构成物理主存的实地址。