Linux----环境变量
环境变量
环境变量就是操作系统为进程提供的一组“键值对”形式的配置信息。
形式上像这样：
也就是说，环境变量是一种：
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全局性的
-
键值对形式的
-
可被进程读取的配置参数
环境变量的作用
环境变量主要用于：
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控制程序行为（如
LANG控制语言环境） -
指定系统路径（如
PATH决定可执行文件搜索路径）
使用getenv函数可以得到对应字段的值：
与echo指令输出的一样：
也可以为PATH变量加一些内容：注意要使用$PATH：连接后面的内容，如果直接PATH=.....就会导致覆盖原来PATH的内容。这个修改只是当前 shell 临时生效，所以你关闭当前终端、重新打开新的终端，PATH 会恢复成登录时的默认值。
同样，在linux下可以打印USER环境变量，每一个用户对应一个USER，对应一个家目录
举个例子 👇
当你在终端输入：
python3
系统其实会去找 PATH 环境变量：
PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/bin
它会依次在 /usr/local/bin、/usr/bin、/bin 目录下找 python3 文件，找到就运行。
三、环境变量与进程的关系
在 Linux（或类 Unix 系统）中：
每个 进程都有自己的一份环境变量表。
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当你登录一个用户时，系统会根据该用户的配置文件加载一组环境变量（如
.bashrc、.profile）。 -
当你运行一个新程序时，父进程（如 shell）会拷贝一份自己的环境变量表传给子进程。
也就是说：
不是全系统共享一个表，而是每个进程都有自己的一份拷贝。
四、用户与环境变量的关系
你问得非常好：“一个用户对应一组环境变量吗？”
回答是：
✅ 是的，一个用户登录后，系统会为他加载特定的一组环境变量。
但这组变量只是该用户的默认配置，不同进程可以修改自己的副本。
举例说明：
| 用户 | 环境变量 HOME | 环境变量 PATH |
|---|---|---|
| userA | /home/userA | /usr/local/bin:/usr/bin:/bin |
| userB | /home/userB | /usr/local/bin:/usr/bin:/bin |
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用户 A 登录 → 拥有属于自己的环境变量表
-
用户 B 登录 → 也有自己的环境变量表
-
二者互不影响
五、环境变量在进程切换中的情况
当操作系统在 并发执行多个进程（比如 A 和 B）时：
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每个进程保存自己的一份环境变量；
-
在进程切换时，操作系统会恢复该进程的寄存器状态、内核栈、内存映射等；
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这份环境变量表也属于进程用户空间的数据；
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切换回该进程时，它仍能看到自己那份变量表（比如
$HOME,$PATH等）。
环境变量是进程上下文的一部分（位于用户空间），随进程独立存在。
导入新的环境变量
可以为环境变量导入新的值：
注意不要写成：这样是会使VALUE变成shell的本地变量，不是环境变量，用set本地变量可以查看。set可以查看所有 shell 中定义的变量（本地变量 + 环境变量 + 函数定义)。
本地变量与环境变量的对比：最重要的一点就是环境变量可继承，而本地变量不可继承。
| 对比项 | 本地变量（Local Variable） | 环境变量（Environment Variable） |
|---|---|---|
| 定义方式 | A=10 | export A=10 或 A=10; export A |
| 可见范围 | 当前 shell | 当前 shell + 子进程 |
| 存放位置 | shell 的本地符号表 | shell 的环境表（可继承） |
| 查看命令 | set | env |
| 是否自动传递给子进程 | ❌ 否 | ✅ 是 |
| 删除方式 | unset A | unset A |
还有一个有意思的点，就是定义同名的变量，本地变量与环境变量定义先后的区别：
本地变量先定义：ABCD会变成环境变量
去掉环境变量ABCD后：调用set后出现_=ABCD。在 Bash 中，_ 是一个特殊变量，用来保存 最近一次执行命令的最后一个参数或最近使用的变量名。
环境变量先定义：此后再使用ABCD赋值，仅仅是对ABCD修改值，并不会影响它环境变量的地位
取消ABCD环境变量地位：
| 操作 | 结果 | 是否传递给子进程 |
|---|---|---|
A=1 | 创建本地变量 | ❌ 否 |
export A=1 | 创建环境变量 | ✅ 是 |
A=2（在已 export 后） | 修改环境变量的值 | ✅ 是 |
export -n A | 取消 export 标记，变成本地变量 | ❌ 否 |
在 Shell 中，变量名唯一，环境变量只是“带 export 标志”的普通变量。如果你重新定义它，它会被覆盖，但仍然保持 export 状态。
命令行参数
第一个被执行的程序：启动程序（启动器）
在大多数操作系统（如 Linux）中：
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操作系统内核在用户按下运行命令或 shell 调用程序时，比如./a.out时，会：
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加载可执行文件到内存；
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创建进程控制块（PCB）；
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初始化堆栈、堆、寄存器等。
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**启动代码（CRT，C Runtime）**被执行：
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初始化程序执行环境
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设置栈、堆、全局变量、静态变量；
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初始化
.bss段（未初始化全局变量置 0）； -
初始化
.data段（已初始化全局变量）。
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处理命令行参数和环境变量
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把操作系统提供的命令行参数和环境变量整理成
argc、argv、envp形式。
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调用构造函数（C++）
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如果是 C++ 程序，会调用全局对象的构造函数（
__libc_init_array）。
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调用用户的 main 函数
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传入
argc、argv、envp； -
获取返回值。
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Linux 下 CRT 的典型实现
在 Linux（glibc）下，启动过程通常是：
程序入口 _start → crt1.o → crti.o → crtn.o → main()
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_start
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汇编实现，是程序真正的入口（ELF 文件入口地址）；
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做最底层的初始化，比如栈指针、寄存器。
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crt1.o / crti.o / crtn.o
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链接时加入，包含初始化代码；
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调用
_libc_start_main。
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_libc_start_main（glibc 提供）
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调用所有初始化函数；
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然后调用用户的
main(argc, argv, envp)； -
再调用
exit(main返回值)。
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main函数中的三个参数
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
| 参数名 | 全称 | 类型 | 作用 |
| ------ | ------------------- | ------- | ------------- |
| `argc` | argument count | int | 命令行参数的数量 |
| `argv` | argument vector | char*[] | 命令行参数字符串数组 |
| `envp` | environment pointer | char*[] | 环境变量字符串数组（可选） |
argc和argv
运行这段代码，可以看的出来，argv的第一参数是程序名字，后面的依次是选项。
让我们联想到平时使用的指令，不同的选项可以有不同的功能，我们来模拟实现一下。
可以做一个类似指令的程序：
可以做的更逼真一些：
所以，main的这两个参数的意义就是为指令、工具、软件等提供命令行选项的支持！
envp
envp 参数的意义就是 让 C/C++ 程序在启动时直接访问子进程的环境变量表，它是操作系统传给程序的环境快照。
如何理解上面这句话，看如下例子：在当前 shell 中执行 ./a 时，环境变量到底是怎么从父进程传给子进程的。
一、执行 ./a 时的参与者
假设你现在在 bash 里：
$ ./a
涉及的两个进程：
-
bash —— 父进程
-
./a —— 子进程（由 bash 创建并执行）
二、bash 执行命令的内部步骤
当你在 shell 输入 ./a 时，bash 主要经历以下过程：
| 阶段 | 调用 | 说明 |
|---|---|---|
| 1️⃣ 创建子进程 | fork() | bash 调用 fork() 创建一个新进程，复制自身所有内存空间（包括环境变量） |
| 2️⃣ 执行新程序 | execve() | 子进程调用 execve("./a", argv, envp) 启动新的可执行文件 |
| 3️⃣ 载入程序 | 内核接手 | 内核加载 ELF 程序到内存，并把 argc、argv[]、envp[] 压栈传给它 |
| 4️⃣ 程序运行 | _start → main() | C 运行时初始化，调用用户的 main 函数 |
三、环境变量的传递过程详解
（1）bash 保存了所有环境变量
bash 进程中有一个环境变量表，比如：
PATH=/usr/bin:/bin
HOME=/home/wzz
LANG=en_US.UTF-8
它存在 bash 进程的用户空间中（在 environ 全局变量中）。
（2）fork() 阶段
fork() 复制整个进程的地址空间：
子进程获得了一份 bash 的环境变量副本。
验证一下，子进程的环境变量来自父进程：
在 bash 中设置环境变量TEST，./c.out执行时 bash fork + execve("./c.out", argv, environ)，bash 调用 fork() → 创建一个子进程；子进程调用 execve("./c.out", argv, environ)；这里 environ 就是 bash 的环境变量表，包括 TEST=521；内核把这份表复制到新程序的栈中。所以子进程的环境变量来自父进程。
内建命令和常规命令
一、基本定义
| 类型 | 名称 | 执行位置 | 举例 |
|---|---|---|---|
| 内建命令 | Built-in command | 由 Shell 自身实现并在当前进程中执行 | cd, echo, export, pwd, set, exit, alias |
| 外部命令（常规命令） | External / Regular command | 由文件系统中的独立可执行文件执行（通过 fork + exec） | ls, cat, grep, cp, mv, python, gcc |
二、区别详解
| 对比项 | 内建命令 | 外部命令 |
|---|---|---|
| 实现位置 | Shell 程序本身实现（如 bash 的源码里） | 独立的可执行文件，通常在 /bin、/usr/bin 等目录下 |
| 执行方式 | 在 当前 Shell 进程 中执行（不创建新进程） | Shell 会 fork 一个子进程 再 exec 对应的程序 |
| 执行效率 | 无需新进程，速度更快 | 需要系统调用 fork/exec，略慢 |
| 对环境变量的影响 | 可以直接修改当前 Shell 环境（例如 cd, export） | 只影响自己的子进程环境，对当前 Shell 无影响 |
| 是否可被替换/卸载 | 不可卸载（属于 Shell 的一部分） | 可以替换、删除或重命名 |
| 查找顺序 | Shell 优先检查是否为内建命令 | 若不是内建命令，再在 PATH 中查找外部命令 |
三、为什么 cd 必须是内建命令？
举个例子：
cd /home/user
如果 cd 是外部命令，那么执行时会创建子进程，
这个子进程改变自己的工作目录没问题，但它一退出，父进程（当前 Shell）仍然在原来的目录。
所以你表面上执行了 cd，实际上没效果。
模拟实现一下：chdir可以改变当前进程的工作目录。
使用ls观察该进程的工作目录，cwd就是当前进程的工作目录。proc存放着当前运行的进程。可以看到30秒后，切换到了家目录。
因此，cd、export、alias、unset 等必须是 内建命令，因为它们需要改变 当前 Shell 环境。
四、如何区分内建与外部命令
可以用以下命令：
type 命令名
示例：
$ type cd
cd is a shell builtin$ type ls
ls is /bin/ls