【Linux系统编程】第二十弹---进程优先级命令行参数环境变量

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1、进程优先级

2.1、什么是优先级

2.2、优先级的描述

2.3、优先级与权限的关系

2.4、为什么要有优先级

2.5、Linux优先级的特点

2.6、其他概念

2、命令行参数

3、环境变量

3.1、基本概念

3.2、PATH环境变量

3.3、其他环境变量

1、进程优先级

2.1、什么是优先级

指定进程获取某种资源(CPU)的先后顺序。

2.2、优先级的描述

进程优先级的描述跟进程状态描述类似，实质是在task_struct(内存控制块)结构体内部有一个描述优先级的属性，通过数字表示先后顺序。Linux 中优先级数字越小，优先级越高。

2.3、优先级与权限的关系

权限决定能不能获取资源。

优先级决定获取资源的顺序，已经能获取资源。

2.4、为什么要有优先级

进程访问的资源(CPU)始终是有限的。系统中进程大部分情况都是比较多的。

操作系统关于调度和优先级的原则：分时操作系统，基于时间片进行调度，保证基本的公平。如果进程因为长时间不被调度，就造成了饥饿问题。

2.5、Linux优先级的特点

在讲解优先级特点之前，我们先通过一个C语言程序查看优先级。

C语言代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  while(1)
  {
    printf("I am a process,pid:%d\n",getpid());
  }
  return 0;
}

命令行代码

ps -al // 查看所有进程信息

测试结果

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

UID : 代表执行者的身份。
PID : 代表这个进程的代号。
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 ：代表这个进程优先级的修正数据，nice值，新的优先级 = 默认优先级 + nice，达到对于进程优先级动态修改的过程。

调整优先级

nice/renice 调整优先级

此处博主使用top命令调整优先级。

输入top命令
进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

测试一

我们将nice值改为100，现象如下：

可以看到 NI 只修改为了19，PRI修改为了99。表名nice值并不能任意调整，而是有范围的。范围是 [-20,19] ，共40个数字。

测试二

我们将nice值改为-10，现象如下：

我们可以看到，当我们第二次修改nice值时，不允许我们修改，因为修改优先级是有风险的，如果强制需要修改nice值，我们只需要切换成root账号即可。

测试三

使用root账号将nice值改为-10，现象如下：

我们可以看到NI修改成了-10，PRI修改成了70，我们刚刚的PRI是99，将nice值修改为-10，为什么现在的PRI为70了呢？原因是 每次调整优先级都是从80开始的。新的优先级 = 默认优先级 + nice，70 = 80 - 10。

测试四

使用root账号将nice值改为-100，现象如下：

可以看到NI被修改为-20，因此能够证明nice的最小值为-20，且新的优先级 = 默认优先级 + nice，60 = 80 - 20。

2.6、其他概念

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。
并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。
并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

2、命令行参数

写C语言代码中，main函数也是函数，可以带参数？

答案是可以带参数也可以不带参数，下面就使用带参数的main函数演示。

代码演示

#include<stdio.h>

// 命令行参数测试
int main(int argc,char* argv[])
{
  int i = 0;
  for(i=0;i<argc;i++)
  {
    printf("argv[%d] = %s\n",i,argv[i]);
  }
  return 0;
}

测试结果

通过上图现象我们可以看到argc是元素个数，argv是一个边长数组，猜测数组以NULL结尾。

验证数组以NULL结尾

#include<stdio.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
  int i = 0;
  // argv[i]为假则循环结束
  for(i=0;argv[i];i++)
  {
    printf("argv[%d] = %s\n",i,argv[i]);
  }
  return 0;
}

测试结果

为什么要有命令行参数？

本质：命令行参数本质是交给我们程序的不同选项，用来定制不同的程序功能。命令中会携带很多选项。

命令行中启动的程序是谁干的？

命令行中启动的程序，都会变成进程，且都是bash的子进程，因此是bash(命令行解释器)干的。

代码演示一

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int g_val = 10000;
int main()
{
  printf("I am parent process,g_val:%d,pid:%d,ppid:%d\n",g_val,getpid(),getppid());
  sleep(5);
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    while(1)
    {
      printf("I am child process,g_val:%d,pid:%d,ppid:%d\n",g_val,getpid(),getppid());
    sleep(1);
    }
  }
  else
  {
   printf("I am parent process,g_val:%d,pid:%d,ppid:%d\n",g_val,getpid(),getppid());
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

父进程的数据，默认能被子进程看到并访问。

代码演示二

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int g_val = 10000;
int main(int argc,char* argv[])
{
    printf("I am parent process,g_val:%d,pid:%d,ppid:%d\n",g_val,getpid(),getppid());
    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s -[a,b,c,d]\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    if(strcmp(argv[1], "-a") == 0)
    {
        printf("this is function1\n");
    }
    else if(strcmp(argv[1], "-b") == 0)
    {
        printf("this is function2\n");
    }
    else if(strcmp(argv[1], "-c") == 0)
    {
        printf("this is function3\n");
    }
    else if(strcmp(argv[1], "-d") == 0)
    {
        printf("this is function4\n");
    }
    else
    {
        printf("no this function!!\n");
    }
    return 0;
}

测试结果

命令行中启动的程序，都会变成进程，且都是bash的子进程。启动程序，默认是输入给父进程bash(命令行解释器)的！！！

3、环境变量

3.1、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。
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。

3.2、PATH环境变量

基本认知

执行命令和运行自己写的程序是没有区别的，且Linux中70% 的命令是C语言写的。

为什么执行ls这些系统提供的命令可以不带路径，而我们自己写的C语言程序需要加./(带路径)呢？

Linux系统重存在一些全局的设置，表明告诉命令行解释器应该去哪个路径下去寻找可执行程序，当执行ls命令(可执行程序在/usr/bin目录中)时，会先去找ls对应的可执行程序，默认去PATH中找。

查看PATH内容

通过echo $PATH 获取PATH(环境变量)内容，类似*p。

补充：

系统中很多的配置，在我们登录Linux系统的时候，已经被加载到了bash进程中(内存)。
bash在执行命令的时候，需要先找到路径(默认去PATH中找)，因为未来要加载。

如果我们想像系统指令一样执行自己写的可执行程序，怎么做？

方式一(粗暴)：直接将我们的可执行程序拷贝到PATH的其中一个路径(例如/usr/bin)中。

注意：拷贝内容到PATH环境中需要配root权限，此处使用sudo提权。

sudo cp myprocess /usr/bin  # 此处的/usr/bin也可以是PATH中的其他路径

不建议使用这种方式，因此下面我们将该可执行程序在/usr/bin中的内容删除。

sudo rm /usr/bin/myprocess

方式二(温柔)：把可执行程序路径增加到PATH环境变量中。

错误示范：

PATH=/home/jkl/path # 将可执行程序的当前目录赋值给PATH变量，会直接覆盖PATH

环境变量直接被我们新的路径覆盖了怎么办呢？

其实很简单，直接将系统关闭，重进系统就可以了。因为我们上面说了系统中很多的配置，在我们登录Linux系统的时候，已经被加载到了bash进程中(内存)。

我们重新登录系统之后，发现环境变量回来了，且不能直接执行我们写的可执行程序了。

正确示范：

PATH=$PATH:/home/jkl/path # 将原本的PATH路径以及我们可执行程序当前目录赋值给PATH

演示结果

PATH环境变量是Linux系统中搜索可执行程序的默认路径，也是which指令搜索路径的默认路径。

PATH环境变量的路径是内存级别的，重新登录系统又会变成默认路径，怎样让追加的环境变量路径永久存在呢？

最开始的环境变量不是在内存中，而是在系统对应的配置文件中，在我们登录系统时，会创建一个bash进程，bash进程会读取配置文件，然后把配置文件的环境变量(包括PATH)在自己的bash进程拷贝一份。

这个配置文件在哪里？

vim .bash_profile
vim .bashrc
vim /etc/bashrc

我们的PATH配置文件可能在.bash_profile或者.bashrc中。博主的在.bashrc中。

想要登录时每次都默认执行自己写的可执行程序，把可执行程序路径加到环境变量的配置文件里面即可，如下图：

加上该路径之后，myprocess可以像系统命令(ls)一样，在任意目录中使用了，且无需加./。

Windows也有环境变量，我们在安装jdk或者python时一般需要配置环境变量。

3.3、其他环境变量

env : 查看系统所有的环境变量

history ：查看历史命令

HOME : 家目录所在的环境变量

PWD : 当前目录路径变化

SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。

HISTSIZE : 历史命令个数上翻下翻 Linux默认会记录最新的1000条命令

自己定义一个环境变量：

export THIS_IS_MY_ENV=hellolinux 导入环境变量(不加export，依旧存在变量，本地变量)

unset THIS_IS_MY_ENV 取消环境变量

export测试

疑问：export 也是一个命令，命令就会创建子进程，子进程就应该不被bash看到，为什么却能将变量导入到环境变量中。？

80% 命令都是bash创建子进程执行的，称为普通命令。还有20%命令，如(export / echo) 由bash亲自执行的，称为内建命令。

怎么证明真的有内建命令呢？

通过上面实验，我们可以证明确实有内建命令。

普通测试

本地变量只在bash内部有效，无法被子进程继承下去。导成环境变量才能被获取。
用本地变量理解内建命令。内建命令可以查到本地变量。
echo能够打印本地变量(子进程无法获取)也能够证明echo是内建命令。

注意：已经存在的本地变量导成环境变量，只需要使用export 变量名即可。

能否通过C语言程序查看环境变量呢？

答案是可以的，在写程序之前我们需要查一下手册，man environ，environ为查看全局的指针变量。

C语言程序

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
  extern char** environ;// 声明外部文件变量
  int i=0;
  for(i=0;environ[i];i++)// environ[i]为假则循环结束
  {
    printf("env[%d]->%s\n",i,environ[i]);
  }
  return 0;
}

测试结果

测试结果与使用命令env的结果是一样的。说明环境变量默认也是可以被bash子进程拿到的。环境变量们，默认在bash内部。

环境变量有很多，bash内部是如何组织的？

通过上面的C语言代码我们大概可以推断，环境变量的组织与命令行参数类似，是通过一个变长数组组织的，最后一个数据以NULL结尾。

main函数带参的C语言程序

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

测试结果

bash进程启动的时候，默认会给子进程形成argv[]命令行参数表(用户输入的命令行来)，env[]环境变量表(从OS的配置文件来)，bash通过各种方式交给子进程。

补充：

导环境变量的本质：把字符串添加到环境变量表中。
环境变量具有系统级的全局属性，因为环境变量会被子进程继承下去。

获取环境变量方法：

extern char** environ;
main函数参数
getenv("path");

man getenv

代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
 char* path = getenv("PATH");
 if(path == NULL) return 1;
 printf("psth:%s\n",path);
 return 0;
}

测试结果