Linux进程概念（中）：进程优先级和环境变量

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一、进程优先级

优先级是什么？

优先级就是获取某种资源的先后顺序。
进程优先级就是进程获取CPU资源分配的先后顺序，进程获取CPU资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority），优先权高的进程有优先执行的权力。

为什么需要优先级？

主要原因是因为资源是有限的。
即需要进程优先级的主要原因就是CPU资源是有限的。

竞争性：因为CPU资源是有限的，而进程是多个的，所以进程之间是具有竞争属性的

操作系统为了高效完成任务，让进程良性竞争相关资源，，于是便有了优先级。

如果一个进程长时间得不到CPU资源，该进程的代码会长时间得不到推进，造成该进程的饥饿问题。存在该问题的操作系统是低效的。

怎么控制进程优先级？

查看进程优先级

在Linux或者Unix操作系统中，用ps -l命令会类似输出以下几个内容：

ps -l

我们很容易注意到其中的几个重要信息，如下：

• UID：代表执行者的身份
• PID：代表这个进程的id
• PPID：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
• PRI：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
• NI：代表这个进程的nice值

PRI and NI

• PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高
• 那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值
• PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：
  $$PRI(new)=PRI(old)+nice$$
• 这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即优先级会变高，则其越快被执行
• 因此，我们调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值
• 但是，如果用户随意修改进程优先级，是不安全的。
• 所以nice其取值范围是-20至19，一共40个级别

注意：在Linux操作系统当中，PRI(old)默认为80，即PRI = 80 + NI。

PRI vs NI

• 需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化
• 可以理解nice值是进程优先级修正的修正数据

用top命令修改进程的nice

top命令就相当于Windows中的任务管理器，它能够动态实时的显示系统当中进程的资源占用情况。

修改步骤：

1. 进入top后按‘r’
2. 输入需要修改进程的PID
3. 输入nice值

用renice命令修改进程的nice值

使用renice命令，后面跟上更改后的nice值和进程的PID即可

注意： 若是想使用renice命令将NI值调为负值，也需要使用sudo命令提升权限。

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二、环境变量

基本概念

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

例如，我们在编写C/C++代码的时候，在链接时，从来不知道我们所链接的动静态库在哪里，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，并且在系统当中通常具有全局特性。

常见环境变量

• PATH：指定命令的搜索路径
• HOME：指定用户的主工作目录（即用户登录到Linux系统中时默认的目录~）
• SHELL：当前shell，它的值通常是/bin/bash

查看环境变量方法

可以通过echo命令来查看环境变量，如下：

echo $NAME //NAME为需要查看的环境变量名称

测试PATH

我们知道，我们平时使用的命令本质也就是一个一个的可执行程序，然而我们使用命令却不带./就可以执行，而我们自己生成的可执行程序必须要在前面加上./才能执行。

./的作用是什么？没错，就是告诉系统可执行程序的位置。

因为 Linux 默认不会在当前目录下寻找可执行程序，而 ./ 明确地告诉系统：“我要运行的程序就在当前目录下”

而命令无需./，系统是如何知道它的位置呢？
就是通过环境变量PATH来找到命令的，查看环境变量PATH我们可以看到如下内容：

可以看到环境变量PATH当中有多条路径，这些路径由冒号隔开，当你使用ls命令时，系统就会查看环境变量PATH，然后默认从左到右依次在各个路径当中进行查找。

那可不可以让我们自己的可执行程序也不用带路径就可以执行呢？

当然是可以滴！

方式一：将可执行程序拷贝到环境变量PATH的某一路径下。

sudo cp proc /usr/bin

方式二：将可执行程序所在的目录导入环境变量PATH中

用export命令，可以将某个目录导入到环境变量PATH中：

export PATH=$PATH:/home/zhh/process_code

这样，我们无需./就可以执行程序了：

测试HOME

任何一个用户在运行系统登录时都有自己的主工作目录（家目录），环境变量HOME当中即保存的该用户的主工作目录。

普通用户：

超级用户root：

测试SHELL

我们在Linux操作系统当中所敲的各种命令，实际上需要由命令行解释器进行解释，而在Linux当中有许多种命令行解释器（例如bash、sh），我们可以通过查看环境变量SHELL来知道自己当前所用的命令行解释器的种类。

而该命令行解释器实际上也是系统当中的一条命令，当这个命令运行起来变成进程后就可以为我们进行命令行解释。

和环境变量相关的一些命令

1. echo：显示某个环境变量值
2. export：设置一个新的环境变量
3. env：显示所有环境变量
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

环境变量的组织方式

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

通过代码获取环境变量

方式一：命令行第三个参数

命令行参数

你可能不知道，main函数其实是有参数的：

因为我们平时几乎用不上它们，所以一般情况下都没有写出来。

其实，这三个参数称为命令行参数
既然argv是一个字符数组指针，我们不妨打印看看内容：

#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{int i = 0;for(; argv[i]; i++){printf("argv[%d]：%s\n", i, argv[i]);}return 0;
}

原来，argv当中的第一个字符指针存储的是可执行程序的位置，其余字符指针存储的是所给的若干选项，最后一个字符指针为空。
原理很好理解，先初始化指针数组的每个指针为空，然后读取命令行字符串，遇上空格就换下一个字符指针读取，直到字符串读取完毕

而main函数的第一个参数argc代表的就是字符指针数组当中的有效元素个数。

argc和argv结合使用就可以根据你所给选项给出不同的提示语：

#include <stdio.h>                                                                                                                         
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[], char* envp[])
{if(argc > 1){if(strcmp(argv[1], "-a") == 0){printf("you used -a option...\n");}else if(strcmp(argv[1], "-b") == 0){printf("you used -b option...\n");}else{printf("you used unrecognizable option...\n");}}else{printf("you did not use any option...\n");}return 0;
}

运行结果：

其实，这就是我们平时使用的命名的选项的实现逻辑！

main函数的第三个参数envp接收的实际上就是环境变量表，我们可以通过main函数的第三个参数来获取系统的环境变量。

#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{int i = 0;for(; env[i]; i++){printf("%s\n", env[i]);}return 0;
}

运行结果同样是和env指令是一样的，可以显示所有环境变量

通过第三方变量environ获取

libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中，所以在使用时 要用extern声明。

#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[])
{extern char **environ;int i = 0;for(; environ[i]; i++){printf("%s\n", environ[i]);}return 0;
}

运行结果也同样是和env指令是一样的

通过系统调用获取特定环境变量

在系统调用接口中，常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量。

• 本文只讲解getenv
  getenv函数可以根据所给环境变量名，在环境变量表当中进行搜索，并返回一个指向相应值的字符串指针。

需要获取什么环境变量，就用什么环境变量做函数参数
以PATH为例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{printf("%s\n", getenv("PATH"));return 0;
}

环境变量通常是具有全局属性的

我们所运行的进程都是子进程，bash自身在启动时，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给我们的环境变量。也就是说，所有进程会共用一张环境变量表。

本地变量 and 内建命令

本地变量

简单来说：
本地变量（Local Variable）是只会在当前 Shell 进程内部有效的变量。它不会被其子进程继承。

创建本地变量：

# 创建一个本地变量 MY_LOCAL_VAR
$ MY_LOCAL_VAR="I am a local variable"# 创建一个环境变量 MY_ENV_VAR
$ export MY_ENV_VAR="I am an environment variable"# 使用 `echo` 查看，两者看起来一样，都能被当前 Shell 访问
$ echo $MY_LOCAL_VAR
I am a local variable
$ echo $MY_ENV_VAR
I am an environment variable

如果想将本地变量导入环境变量，可以用export直接导入：

$ export MY_LOCAL_VAR

现在我们启动一个子 Shell（比如运行一个新的 bash 进程）来查看区别：

# 启动一个子 Shell
$ bash# 现在你在一个新的子进程里了
# 尝试打印环境变量（从父进程继承来的）
$ echo $MY_ENV_VAR
I am an environment variable  # 可以看到！# 尝试打印本地变量（父进程私有的）
$ echo $MY_LOCAL_VAR# 输出为空！看不到！# 退出子 Shell，回到父 Shell
$ exit

可以看到：子进程继承了父进程的环境变量，但无法访问父进程的本地变量。

总结

• 本地变量：像是你的私人笔记，只有你自己能看。你用完了，笔记就扔了。别人（子进程）看不到。
• 环境变量：像是公告板上的通知，不仅你能看，你叫来帮忙的人（子进程）也能看到公告板上的内容。

内建命令

过去我们发现，我们在使用一些命令的时候，bash都会创建子进程来完成任务，比如之前的grep等等。

我们来思考一下，上面的：

$ echo $MY_LOCAL_VAR
I am a local variable

使用了echo命令，按道理bash应该创建一个子进程呀！那这个本地变量为什么能够显示出来呢？

其实并不是所有的命令bash都会创建子进程的，因此命令分为两批：

• 常规命令：通过创建子进程完成任务
• 内建命令：不创建子进程，而是由bash亲自执行，类似于bash调用了自己写的或者系统提供的函数

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下篇预告：进程地址空间
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