【Linux我做主】细说环境变量

Linux环境变量

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前言

​ 环境变量是操作系统为我们维护的一组 key=value 格式的键值对，它们像“隐形助手”一样，悄悄地决定了程序的运行行为、指令的查找路径以及用户的工作环境。

​ 你是否好奇为什么在终端中输入 ls 就能列出文件，而运行自己写的程序却要加上 ./？你是否遇到过不同用户登录后，默认目录和权限有所不同？这一切的背后，其实都离不开环境变量的支持。

​ 本文将带你深入理解环境变量的本质、常见环境变量的作用、如何查看与修改环境变量，以及它们与命令行参数、本地变量、内建命令之间的联系。通过丰富的动图演示和详尽的代码解析，让你从操作层面到系统原理都能全面掌握 Linux 环境变量的精髓。

1. 基本概念

​ 在 Linux 操作系统原理中，环境变量（Environment Variables） 是一类在 操作系统层面定义的全局变量，用于配置操作系统行为和影响进程运行环境。它们通常以 键=值 的形式存在，作用范围可以是用户会话、进程，也可以被继承到子进程。

• 环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数
• 如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。
• 环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性

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环境变量的本质

• 本质上是 以字符串形式存储在内存中的一组键值对。
• 每个运行中的进程都维护着一份自己的环境变量表，初始化来源是其父进程

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2. 认识常见的环境变量

PATH

• PATH:Linux系统的指令搜索路径
  • 为什么我们输入系统的指令(ls pwd)运行时不需要加./，而运行我们自己写的程序运行时需要加./

系统当中，针对于指令的搜索，Linux系统会为我们提供一个环境变量PATH。

• 环境变量PATH是系统开机就已经在shell中存在的

查看PATH

查看PATH的内容：

我们查看环境变量，需要借助echo指令。

• echo PATH：直接输出PATH，PATH默认会被当成字符串处理
• 查看PATH中的内容需要使用$。echo $PATH

查看任何环境变量的值都需要在环境变量名前加上$，一般使用命令echo $envName

# 查看环境变量的内容
echo $PATH   # $表示取环境变量的内容

修改PATH

PATH的内容是一系列路径，路径与路径之前用:分隔

• 输入ls，shell会在这些被冒号分隔开的路径中依次查找ls程序。
  • 找到的话，执行。因为ls处于路径/usr/bin路径下，路径/usr/bin位于环境变量PATH中，所以系统可以找到直接执行
• 输入我们自己的程序mycmd，该程序不在PATH中包含的各个路径下，mycmd程序所处的路径也不在环境变量PATH中，因此找不到，最终提示command not found。这个查找工作一般都是shell来完成的

那么这就意味着，我们自己编写的程序，想要像指令一样不加路径直接运行，有两种方法：

1. 将我们的自己的程序放入PATH中存在的路径中：
   • 以程序mycmd为例，只需要将其移动到环境变量PATH中的目录即可
   • 使用mv mycmd /usr/bin命令，常见系统的指令通常位于/usr/bin目录下
2. 将我们自己的程序所处的路径加入到PATH环境变量中

接下来我们演示第二种方法，并演示PATH的修改

• 环境变量PATH的访问和修改方法

# 查看环境变量的内容
echo $PATH   # $表示取环境变量的内容
# 修改
PATH=$PATH:newContent
# PATH=newPath   # 错误行为 会把PATH中之前的内容覆盖掉

​ 修改环境变量使用等号=，这里的等号可以类比为赋值，赋值会把PATH中之前的内容覆盖掉。我们需要将指定的路径追加到PATH中，因此指令为：PATH=$PATH:newPath，这里的行为依然是覆盖，但是$PATH保证了我们取出了PATH中已有的内容，并在后面加上:newPATH，保证了修改是追加新路径

• 通过这种方式修改的PATH，是一种内存级别的PATH，在shell中保存。
• 如果我们错误的修改了PATH，只需关闭XShell后重新登陆shell。
• shell没有启动时，PATH在系统的配置文件中保存。shell启动时，环境变量从系统的配置文件中加载到内存
  • which指令搜索时，也是在环境变量PATH中搜索的

HOME

• HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
  • 为什么我们在首次登录Linux时，默认所处的目录是自己的家目录呢？
  • 为什么默认所处的路径为/home/userName呢

​ 原因是，当我们登录时，shell会识别当前登录的用户名，给当前用户填充$HOME环境变量，填充的值为/home/用户名

当我们使用Xshell远程登录Linux时，xshell会为我们分配命令行解释器，命令行解释器会执行类似cd $HOME的命令，因此初次登录时，处于当前用户的家目录

SHELL

• SHELL：当前终端使用的Shell程序，它的值通常是/bin/bash
  • 如何查看当前系统中使用的是哪一个shell呢？
  • 只需要查看环境变量SHELL中的值，命令为：echo $SHELL

# 查看当前系统中正在使用的shell
echo $SHELL

• 经验证，默认使用的shell一般是/bin/bash

其他常见环境变量

​ 除了以上环境变量，系统中还有很多其他的环境变量。

环境变量如此多，我们进行查看呢？我们可以使用env命令

• env：查看到当前的进程和bash进程从系统中继承下来的所有环境变量。

PWD与OLDPWD

图中的标记对一些常见的环境变量进行了解释，还有一些不同的Linux发行版会显示的其他环境变量。

• 环境变量PWD：记录当前进程所处的工作路径

• 环境变量OLDPWD：会记录当前进程所处的工作路径的上个路径

  • 我们的cd - 命令会被解析为cd $OLDPWD，因此可以跳转到上次所处的路径中

LOGNAME与USER

• 可以看到，当我们在不同用户之间切换时，env获取到的环境变量值中的LOGNAME与USER也都在同步变化。
• 

SSH_TTY

这里对环境便令SSH_TTY简单提一下。SSH_TTY表示当前终端所使用的字符设备文件。当前SSH_TTY的值为/dev/pts/0

• 我们再开启一个终端，向该文件中追加内容时，另一个终端中便会显示我们追加的内容，如下所示
  

由环境变量理解权限

使用系统调用获取环境变量

​ 我们可以通过系统调用接口getenv()来获取环境变量，需要给该函数传入字符串格式的环境变量名。该函数返回环境变量值，格式为char*风格的字符串，如下所示

理解权限

• 我们Linux的权限理解部分，同一个文件，不同的用户在使用时，拥有不同的操作权限

  • 那么系统想要给我们限制权限，首先要获取到我们是谁。
  • 操作系统可以通过系统调用来获取当前用户是谁

•   #include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>// 环境变量，可以让程序获取到当前系统中的用户是谁int main() {char who[32];strcpy(who, getenv("USER"));if (strcmp(who, "root") == 0) {printf("你是root用户, 可以做任何事情\n");} else {printf("你是普通用户, 受到权限约束\n");}return 0;}
  

• 不同的用户执行相同的代码时，环境变量获取到的值就不一样，因此可以操作系统可以辨识出当前使用用户的身份

• 有了环境变量，程序内部便可以获取环境变量，从而获知当前是哪个用户正在执行指令的

有了环境变量的存在，系统就有了获知当前是哪个用户正在执行指令的能力，获取后就可以将文件属性中的拥有者、所属组和文件所对应的权限进行比对，进而判定当前用户有无特定的权限

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3. 总结什么是环境变量

经过以上对环境变量的熟悉和使用，我们可以得出环境变量的最终概念

环境变量是操作系统提供的一组name=value形式的变量，不同的环境变量有不同的用途，通常具有全局属性

环境变量的本质

• 本质上是 以字符串形式存储在内存中的一组键值对。
• 每个运行中的进程都维护着一份自己的环境变量表，初始化来源是其父进程。

功能	示例变量	说明
系统路径	PATH	指定可执行程序查找路径
当前用户信息	USER, HOME	当前登录用户和主目录
默认语言	LANG	控制系统语言和字符集
编辑器	EDITOR	系统默认文本编辑器
库路径	LD_LIBRARY_PATH	指定动态库搜索路径
shell 类型	SHELL	当前 shell 程序路径

3. 命令行参数和环境变量的全局性

命令行参数

什么是命令行参数？

• 命令行参数：是指在命令行界面运行程序时，跟随在程序名称后的额外输出参数，用于控制程序的运行或传递数据

我们C/C++的main函数是可以有参数的

int main(int argc, char* argv[]) {return 0;
}

• 其中：
  • argc是一个整数，argv是一个字符串数组(指针数组)
  • argv字符串数组的大小由argc决定

main函数也是函数，因此main函数可以调用其他函数，同时也可以被其他函数调用。C/C++程序运行起来时，int argc和char* argv[]这两个参数会被调用方进行传参。

• 用户层面上：main函数是被第一个调用的函数

• 系统层面上：第一个调用的函数是Startup()函数或CRTStartup()函数，该函数会调用main函数，给main函数传参

使用以下代码查看char* argv[]中的内容：

int main(int argc, char* argv[]) {int i = 0;for (; i < argc; ++i) {printf("argv[%d]->%s\n", i, argv[i]);}return 0;
}

可以看到char* argv中的内容，就是我们输入的指令和附带的选项。

• argv[0]是./mycmd
• argv[i]是后面附带的不同选项

为什么会这样呢？

这是因为，我们在**bash中输入的指令，本质上都是字符串，bash会把他们以空格为分隔符，分割成子字符串，分割成多少个字符串，就初始化argc为多少**

打散后 , argv指针数组中，每个空间，存放的都是相应字符串的地址。最后一个空间存放的是空指针NULL

• 在系统层面上，被打散的字符串的地址存入char* argv[]中并初始化argc。shell命令行解释器，会把这两个参数传递给程序的main函数。

• 既然char* argv[]的最后一个位置的值为NULL，那么我们遍历argv[]就有了新的方式：

  • for循环的第二个位置表示循环终止条件，当argv[i]的值为NULL时，循环结束，也就完成了对argv[]的遍历

  •   int main(int argc, char* argv[]) {int i = 0;for (; argv[i]; ++i) {printf("argv[%d]->%s\n", i, argv[i]);}return 0;}
    

• 

以上就是命令行参数。以空格为分隔符。将输入的指令分割的过程，就叫做命令行解析

为什么要有main函数要有命令行参数？

• 我们Linux中的指令都是C语言写的
  • main函数的命令行参数为指令、工具、软件提供命令行选项的支持
  • 调用同一个程序时，使用不同的选项，可以完成不同的功能

main函数的第三个参数

main函数不只有argc和argv两个参数，还可以带第三个参数，如下：

int main(int argc, char* argv[], char* env[]) {return 0;
}

• 这里的第三个参数char* env[]表示的是从父进程继承过来的环境变量，其内容和env命令输出的内容一模一样

  • 使用以下代码验证

  •   // C/C++ 程序 两张表  main函数的第三个参数// 1. 命令行参数 向量表  2. 环境变量 向量表   这两张表的结构一模一样int main(int argc, char* argv[], char* env[]) {int i = 0;// argv 和 env 的最后一个元素存储的是NULL，遍历到结尾时，条件自动为假，所以退出循环for (; env[i]; ++i) {printf("env[%d]->%s\n", i, env[i]);}return 0;}
    

• 综上：通过参数和char* env[]查看的环境变量和env命令查看到的环境变量一模一样
  • char* argv[]和char* env[]的结构一模一样，且最后一个元素都是NULL指针
• 不能简单的认为程序启动时，就是简单的将程序加载到内存。

而是程序在启动时，Startup函数会调用main函数，给main函数传递参数，传递两张表。命令行参数表和环境变量表。

环境变量具有全局属性

​ 我们在命令行下所运行的所有进程，都是bash的子进程。bash在启动的时候，会从操作系统的配置文件中读取环境变量信息。子进程会继承父进程交给我的环境变量。子进程可以通过main函数的第三个参数char* env[]访问环境变量。

• 而子进程再创建子进程，环境变量表就被无穷尽的传递下去了，因此说，环境变量具有全局性

环境变量也是进程的数据，进程具有独立性，父子进程fork之后的代码共享，数据，读时共享，写时拷贝

• 一个进程还没有创建子进程时，如果已经创建好了环境变量，再创建子进程，就会被子进程继承下去
• 环境变量的继承有两种方式
  • main函数传参
  • 直接继承

4. 环境变量可以被子进程继承

如何验证环境变量可以被子进程继承呢？

我们可以在系统的环境变量中加入一个我们自己的环境变量

增加环境变量命令：

export [name=value]

# env可以查看全部的环境变量
# echo $PATH 等可以查看特定环境变量的内容
# 那么如何增加环境变量# 增加该环境变量 MY_VALUE=123456
export MY_VALUE=123456

• export增加环境变量后，env命令中就多了我们添加的环境变量

• export增加环境变量后，我们运行的bash的子进程./mycmd中，获取到的环境变量也有我们新增加的环境变量

这是因为：环境变量可以被子进程继承

• 发源进程只有一个，是bash，因此**bash及其的所有子进程构成的进程树，拥有相同的环境变量**

如果今天我想让我的所有进程都遵守一套规则，我可以把这套规则放在bash的环境变量中，这样所有的子进程都会有相同的环境变量

系统中的权限，每条指令都应该遵守，这些功能的实现就和环境变量有关

取消环境变量：

# 取消我们刚刚新增的环境变量 MY_VALUE
unset MY_VALUE

bash进程取消环境变量MY_VALUE后，之后的子进程就也没有相应的环境变量了，读者可以自行验证

• 另外，编译器在编译时，会对main函数的命令行参数进行检查，会进行条件编译。如果main函数有参数，会传入相应个数的参数。没有参数，就不传入参数

5. 本地变量与内建命令

本地变量

与环境变量对应的还有本地变量。

什么是本地变量？本地变量就是我们直接在shell中定义的变量

# 直接在bash命令行中定义
a=1
b=2
c=3

本地变量只会在本bash内部有效，不会被子进程继承

set命令：可以显示系统中所有的变量。包括环境变量和本地变量

本地变量不能被子进程继承

• 我们用本地变量MYVAL来测试，以下程序查看MYVAL的值

int main(int argc, char* argv[], char* env[]) {printf("MYVAL: %s\n", getenv("MYVAL"))；    return 0;
}

内建命令

• 观察以下输出，思考问题

• 前文提到，bash命令行中执行的程序，都是bash的子进程。
• 前文提到，本地变量只在本bash内部有效，不会被子进程继承
• 那么，echo $MY_val命令，echo也是Bash的子进程，./mycmd也是bash的子进程，无法获取到本地变量。echo也是bash的子进程，为什么能取到本地变量的？

我们纠正之前的结论：命令行中所启动的指令，不一定全都要创建子进程

我们的命令要被分成两类：

• 常规命令：执行时，bash通过创建子进程执行
• 内建命令：执行时，bash不创建子进程，而是bash自己亲自执行的。类似于bash调用了自己写的或者系统提供的函数。已知常见的内建命令如下：
  • echo：echo是由bash执行的，bash内部有一个函数叫echo，echo $MY_val时，echo获取到bash内部的本地变量输出出来就行了
  • cd：每个进程都有自己的当前工作目录，如果cd命令在执行时创建子进程，那么cd改变的将是子进程的工作目录，而不会改变主进程的工作目录

结合系统调用体会内建命令cd

​ bash也是一个程序，其内部在实现时，读取到用户输入cd时，bash并不会创建子进程，而是直接调用系统调用chdir改变bash程序当前的路径。

我们可以用如下代码进行验证：

由于我们执行mycmd时，bash会创建子进程，因此我们无法直接观察到bash的工作路径改变，我们可以观察/proc目录下进程的cwd目录

// 验证 cd 命令
int main(int argc, char* argv[]) {printf("before change:\n");sleep(40);if (argc == 2) {chdir(argv[1]);}printf("change end:\n");sleep(20);return 0;
}

• sleep()是为了给我们输入指令查看进程的cwd留出时间

通过C语言提供的外部变量获取环境变量

// 通过C语言提供的 外部变量 environ 获取环境变量
int main() {int i = 0;extern char** environ;for (; environ[i]; ++i) {printf("%s\n", environ[i]);}return 0;
}

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6. 结语

​ 至此，我们已经系统地学习了 Linux 环境变量的方方面面：它们的结构、用途、修改方式、继承机制，以及它们在程序启动和系统权限管理中的关键角色。从 PATH 到 HOME，从命令行参数到环境变量表，从本地变量的局部性到子进程的继承性，环境变量贯穿了整个 Linux 系统的运行脉络。

​ 希望这篇文章不仅帮助你掌握了环境变量的使用技巧，更让你对 Linux 操作系统背后的逻辑有了更深的理解。

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