shell环境

1 引言

一个进程运行在shell环境中，理解进程运行的环境是十分重要的。环境影响着进程的行为，利用环境提供的便利，可以极大地提高开发效率。本节深入讨论shell中与进程有关的环境问题，包括命令行参数、环境变量和错误号变量等。

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2 命令行参数

2.1 简介

当一个新进程执行时，命令行参数和环境变量是两个非常重要的信息。这两个信息都是新进程从产生它的父进程那里获得的，其获得方式也有不同。命令行参数作为main函数的参数被传入到新进程中，而环境变量是作为一种全局变量被新进程所使用的。

对于C语言来说，程序的执行时从main函数开始的。main函数的原型如下：

int main(int argc, char * argv[])

其中，argc是命令行参数的个数,argv是指向参数的字符串指针数组，其中每一个元素都是一个字符串，以‘\0’结尾。在执行一个程序的时候，调用exec()函数的进程会把命令行参数传递给新程序。下面的示例程序就是打印命令行参数:

 //print command line parameters to stdout
 #include <stdio.h>

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     int i;

     printf("Counts of arguments: %d\n", argc);
     for (i = ; i < argc; i++)
         printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]);

     return ;
 }

main.c

程序运行结果如下:

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ gcc main.c -o app
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app -o yes ok
Counts of arguments:
argv[]: ./app
argv[]: -o
argv[]: yes
argv[]: ok
argv[]:  

2.2 获取文件名

命令行参数数组的第一个元素(即argv[0])是程序的路径名，并不是该程序的文件名。如果希望在程序中使用该程序文件的文件名，则需要做特殊处理。下面实现了一个获取程序文件名的函数，这个函数以一个文件的路径为参数，并且寻找该路径中的最后一个“/”，那么这个“/”右边就是函数需要找的程序文件名。

 //get program file name
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>

 char* getFileName(char* fullName)
 {
     char *p;
     //find the last symbol '/' from fullName
     p = rindex(fullName, '/');
     if (p == '\0')
         p = fullName;//it is already a file name
     else
         p++;//move to next position

     return p;
 }

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     char *p;

     p = getFileName(argv[]);
     printf("directory: %s\n", argv[]);
     printf("file name : %s\n", p);

     return ;
 }

main.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
directory: ./app
file name : app

注意：argv[argc]是一个NULL指针，这一点不会由机器自动完成，但是此定义遵守ISO C。所以，在编写传递命令行参数的代码时要注意使argv[argc]的值为NULL。

因此，在遍历命令行参数的时候，处理的循环可以写成如下的形式：

for (i = ; argv[i] != NULL; i++)

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3 环境变量

3.1 概述

环境变量和命令行参数的情况有所不同。每个程序都会有一个环境变量表，和命令行参数表一样，环境变量表也是一个指针数组。

extern char ** environ;

每个环境变量的表示形式为：

环境变量名=环境变量值(最后有一个‘\0’结束符)

环境变量表就是由若干个这样的字符串组成的，最后由一个NULL指针作为结束标志。下面的实例演示了打印进程的环境变量，该程序顺序遍历环境变量表，并输出每一个环境变量值。

 //print environment argument table content
 #include <stdio.h>
 extern char ** environ;

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     int i;
     for (i = ; environ[i] != NULL; i++)
         printf("[%d] : %s\n", i, environ[i]);
     return ;
 }

main.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
[] : XDG_VTNR=
[] : LC_PAPER=zh_CN.UTF-
[] : LC_ADDRESS=zh_CN.UTF-
[] : XDG_SESSION_ID=c1
[] : XDG_GREETER_DATA_DIR=/var/lib/lightdm-data/xiaomanon
[] : SELINUX_INIT=YES
[] : LC_MONETARY=zh_CN.UTF-
[] : CLUTTER_IM_MODULE=xim
[] : GPG_AGENT_INFO=/run/user//keyring-Lk6lyR/gpg::
[] : TERM=xterm
[] : VTE_VERSION=
[] : SHELL=/bin/bash
[] : WINDOWID=
[] : LC_NUMERIC=zh_CN.UTF-
[] : UPSTART_SESSION=unix:abstract=/com/ubuntu/upstart-session//
[] : GNOME_KEYRING_CONTROL=/run/user//keyring-Lk6lyR
[] : GTK_MODULES=overlay-scrollbar:unity-gtk-module
[] : USER=xiaomanon
[] : LS_COLORS=rs=:di=;:ln=;:mh=:pi=;:so=;:do=;:bd=;;:cd=;;:or=;;:su=;:sg=;:ca=;:tw=;:ow=;:st=;:ex=;:*.tar=;:*.tgz=;:*.arj=;:*.taz=;:*.lzh=;:*.lzma=;:*.tlz=;:*.txz=;:*.zip=;:*.z=;:*.Z=;:*.dz=;:*.gz=;:*.lz=;:*.xz=;:*.bz2=;:*.bz=;:*.tbz=;:*.tbz2=;:*.tz=;:*.deb=;:*.rpm=;:*.jar=;:*.war=;:*.ear=;:*.sar=;:*.rar=;:*.ace=;:*.zoo=;:*.cpio=;:*.7z=;:*.rz=;:*.jpg=;:*.jpeg=;:*.gif=;:*.bmp=;:*.pbm=;:*.pgm=;:*.ppm=;:*.tga=;:*.xbm=;:*.xpm=;:*.tif=;:*.tiff=;:*.png=;:*.svg=;:*.svgz=;:*.mng=;:*.pcx=;:*.mov=;:*.mpg=;:*.mpeg=;:*.m2v=;:*.mkv=;:*.webm=;:*.ogm=;:*.mp4=;:*.m4v=;:*.mp4v=;:*.vob=;:*.qt=;:*.nuv=;:*.wmv=;:*.asf=;:*.rm=;:*.rmvb=;:*.flc=;:*.avi=;:*.fli=;:*.flv=;:*.gl=;:*.dl=;:*.xcf=;:*.xwd=;:*.yuv=;:*.cgm=;:*.emf=;:*.axv=;:*.anx=;:*.ogv=;:*.ogx=;:*.aac=;:*.au=;:*.flac=;:*.mid=;:*.midi=;:*.mka=;:*.mp3=;:*.mpc=;:*.ogg=;:*.ra=;:*.wav=;:*.axa=;:*.oga=;:*.spx=;:*.xspf=;:
[] : LC_TELEPHONE=zh_CN.UTF-
[] : XDG_SESSION_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Session0
[] : XDG_SEAT_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Seat0
[] : SSH_AUTH_SOCK=/run/user//keyring-Lk6lyR/ssh
[] : DEFAULTS_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.default.path
[] : XDG_CONFIG_DIRS=/etc/xdg/xdg-ubuntu:/usr/share/upstart/xdg:/etc/xdg
[] : DESKTOP_SESSION=ubuntu
[] : PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games
[] : QT_IM_MODULE=ibus
[] : QT_QPA_PLATFORMTHEME=appmenu-qt5
[] : LC_IDENTIFICATION=zh_CN.UTF-
[] : PWD=/home/xiaomanon/Documents/c_code
[] : JOB=gnome-session
[] : XMODIFIERS=@im=ibus
[] : LANG=en_US.UTF-
[] : GDM_LANG=en_US
[] : MANDATORY_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.mandatory.path
[] : LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-
[] : UBUNTU_MENUPROXY=
[] : COMPIZ_CONFIG_PROFILE=ubuntu
[] : IM_CONFIG_PHASE=
[] : GDMSESSION=ubuntu
[] : SESSIONTYPE=gnome-session
[] : SHLVL=
[] : HOME=/home/xiaomanon
[] : XDG_SEAT=seat0
[] : LANGUAGE=en_US
[] : GNOME_DESKTOP_SESSION_ID=this-is-deprecated
[] : UPSTART_INSTANCE=
[] : UPSTART_EVENTS=started starting
[] : LOGNAME=xiaomanon
[] : DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:abstract=/tmp/dbus-vaiuLPOEru
[] : XDG_DATA_DIRS=/usr/share/ubuntu:/usr/share/gnome:/usr/local/share/:/usr/share/
[] : QT4_IM_MODULE=xim
[] : LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s
[] : INSTANCE=Unity
[] : TEXTDOMAIN=im-config
[] : UPSTART_JOB=unity-settings-daemon
[] : XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/
[] : DISPLAY=:
[] : XDG_CURRENT_DESKTOP=Unity
[] : GTK_IM_MODULE=ibus
[] : LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s
[] : LC_TIME=zh_CN.UTF-
[] : TEXTDOMAINDIR=/usr/share/locale/
[] : LC_NAME=zh_CN.UTF-
[] : XAUTHORITY=/home/xiaomanon/.Xauthority
[] : COLORTERM=gnome-terminal
[] : _=./app
[] : OLDPWD=/home/xiaomanon/Documents 

程序的运行结果是打印出很多的环境变量，这些环境变量是从调用exec()函数(即创建该进程的shell)中继承得来的。

命令行参数需要由程序员手动编写代码传递给新的进程，而环境变量则不需要这样做。环境变量的获取是由操作系统自动完成的，在引用的时候只需要声明外部变量(extern char **environ)就可以了。环境变量和命令行参数的另一个不同点是命令行参数可以人为输入，而环境变量只能从调用exec()函数的进程那里继承而来，而且在本进程中修改环境变量不会影响到其他进程。

修改命令行参数同样不会影响到其他进程，但是很少人去修改它，因为这样做是毫无意义可言的。

3.2 获取指定的环境变量

环境变量是一个字符指针数组，可以通过environ指针来访问其中的每一个元素，但是这种方式是不被推荐的。这里先介绍一种推荐的访问环境变量的方法，Linux环境下使用getenv()函数来得到一个环境变量，其函数原型如下：

#include <stdlib.h>

char* getenv(const char* name);

getenv()函数的参数代表指定的环境变量的名称，该函数寻找一个形如“name=value”的字符串，然后将value字符串的内容作为环境变量的值返回。如果成功，getenv()函数返回该环境变量的字符串首地址；如果失败，则返回一个NULL指针。下面演示一个获取指定的环境变量的值，该程序调用getenv()函数得到指定的环境变量值，并将其输出。

 //print the specified environment table content
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     char *p;

     p = getenv("PATH");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$PATH = %s\n", p);

     return ;
 }

main.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
$PATH = /usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games 

3.3 设置环境变量

Linux系统允许用户设置一个环境变量的值，当该环境变量已经有值时，还可以将其替换。如果添加的环境变量尚未存在与环境变量表中，系统会为用户添加这个环境变量。Linux环境下使用putenv()函数对一个环境变量赋值，其函数原型如下：

#include <stdlib.h>

int putenv(char *str);

putenv()函数将一个形如“name=value”的字符串放进环境变量表，如果原来有值则替换掉原来的环境变量值。该函数也可以用来添加一个以前不存在的环境变量，如果成功对环境变量赋值，则函数返回0；如果修改失败，则返回-1.

 //set the specified environment table content
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     char *p;

     //Get environ value
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);
     //Set environ value
     if (putenv("HOME=/home/test") != )
     {
         perror("fail to put environ\n");
         exit(-);
     }
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     //Set a non-exist environ value
     if (putenv("NOEXIST=/tmp") != )
     {
         perror("fail to put environ\n");
         exit(-);
     }
     p = getenv("NOEXIST");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$NOEXIST = %s\n", p);

     return ;
 }

main.c

运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
$HOME = /home/xiaomanon
$HOME = /home/test
$NOEXIST = /tmp 

补充：那么问题来了，要是想在原有环境变量值的基础上追加一条新的环境变量值，应该怎么做呢？

也可以使用setenv()函数对环境变量进行赋值，其函数原型如下：

#include <stdlib.h>

int setenv(const char *name, const char *value, int rewrite);

setenv()函数的第1个参数代表要进行赋值的环境变量的名称，第2个参数代表该环境变量的新值，第3个参数用于决定是否覆盖已经存在的环境变量的值。如果rewrite的值为0，则不修改原来的值；如果rewrite的值为非0，则修改原来的值。如果成功对环境变量赋值，则setenv()函数返回0；否则，返回-1。看下面的示例程序：

 //set the specified environment table content
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     char *p;

     //Get environ value
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     //Set environ value, do not change orignal value
     if (setenv("HOME", "/home/test", ) != )
     {
         perror("fail to put environ\n");
         exit(-);
     }
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     //Set environ value, change orignal value
     if (setenv("HOME", "/home/test", ) != )
     {
         perror("fail to put environ\n");
         exit(-);
     }
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     return ;
 }

main.c

程序运行效果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
$HOME = /home/xiaomanon
$HOME = /home/xiaomanon
$HOME = /home/test 

3.4 删除环境变量

Linux环境下使用unsetenv()函数删除一个环境变量的值，其函数原型如下：

#include <stdlib.h>

int unsetenv(const char *name);

参数name表示要删除的环境变量名称，即使name所代表 的环境变量并不存在也不会出错。如果成功删除环境变量的值，函数的返回值为0；否则，返回-1。

下面的示例以删除一个环境变量的值。

 //set the specified environment table content
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     char *p;

     //Get environ value
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(-);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     //Delete environ value
     if (unsetenv("HOME") != )
     {
         perror("fail to put environ\n");
         exit(-);
     }
     p = getenv("HOME");
     if (p == NULL)//get environ failed
     {
         perror("fail to get environ\n");
         exit(EXIT_FAILURE);
     }
     printf("$HOME = %s\n", p);

     return ;
 }

main.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
$HOME = /home/xiaomanon
fail to get environ
: Success

Linux下使用clearenv()函数清除所有环境变量表中的变量，其函数原型如下：

#include <stdlib.h>

int clearenv();

clearenv()函数将环境变量连同值一起删除，而且连environ这个全局变量指针都会设置为NULL，撤销整个环境变量表。由此可见，对于此函数应该慎用。如果成功删除所有环境变量，函数返回0；否则，返回-1。

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4 进程结束状态

4.1 得到进程结束状态

Linux程序员可以通过shell得到已结束进程的结束状态。

echo $?

$?是Linux shell中的一个内置变量，其中保存的是最近一次运行的进程的返回值。这个返回值有一下3种情况：

(1) 程序中的main函数运行结束,$?中保存main函数的返回值。

(2) 程序运行中调用exit函数结束运行，$?中保存exit函数的参数。

(3) 程序异常退出，$?中保存异常出错的错误号。

下面的程序用来测试程序的结束状态，该程序接收整型输入，如果输入数字0则正常退出。

 #include <stdio.h>

 int main()
 {
     int i;
     while ()
     {
         scanf("%d", &i);
         if (i == )
             break;
     }
     return ;
 }

hello.c

程序运行效果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./hello 

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ echo $? 

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./hello
^C  (Ctrl+C)
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ echo $?
 

注意：首先，shell内置变量$?保存的是最近一次运行的进程的返回值，所以使用时窑确保在打印需要的进程返回值前不要有其他的操作，同时应该避免后台进程的干扰。其次，在运行程序是，如果程序运行出错，比如shell找不到指定的进程，那么$?内置变量中的值是1.

所以，在编写代码时如果没有出错，则不要使main函数的返回值为1；或者使用exit(1)这样的写法，以免引起不必要的混乱。

4.2 使用errno调试程序

调试一个程序往往有以下几种方法：

(1) 使用调试器

(2) 在程序中直接使用输出函数输出调试信息。

(3) 查看标准出错文件。

(4) 查看程序异常时所写的日志。

在Linux环境下执行系统调用时会出现一些错误，仅仅通过检查这些系统调用的返回值是不够的，开发者往往需要更多更详细的信息。C语言提供了一个全局变量errno，很好地弥补了Linux系统调用返回值信息不足的缺点。大多数Linux系统调用在出错时都会操作此变量，将其设置为一个特定的值，输出这个变量的值开发者就可以知道系统调用失败的原因，从而正确的排除错误。

说明：errno是一个整型变量，其定义在errno.c中，声明在errno.h中。

因此，如果希望在程序中使用此变量，应该在代码之前加上“#include <errno.h>”。下面的示例演示了使用errno变量输出出错信息。该程序试图打开一个不存在的文件，打开文件失败后使用errno变量输出其出错的原因。

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <unistd.h>
 #include <errno.h>

 int main(void)
 {
     int fd;
     errno = ;//clear errno

     fd = open("./nothing.txt", O_RDWR);
     if (errno == )
         printf("Open Sucess.\n");
     else{
         printf("Fail to open, errno is : %d\n", errno);
         exit(-);
     }

     close(fd);
     return ;
 }

err.c

程序运行效果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
Fail to open, errno is :
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ touch nothing.txt
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
Open Sucess. 

注意：因为errno是一个全局变量，所以该程序中所有的系统调用都会修改它的值，为了不让上一次的错误值影响这一次的判断，在使用errno变量之前需要将它清零。

4.3 输出出错的原因

由于errno只是一个整型值，必须通过查表才能知道其真正代表的错误原因，这样的理解不够直观。针对该问题，Linux提供了两个函数可以方便地完成由错误号到错误文字描述的转换。第一个函数是strerror()，根据错误号返回错误的字符描述，函数原型如下：

#include <string.h>

char* strerror(int err);

我们对上一个程序做如下修改：

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <unistd.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>

 int main(void)
 {
     int fd;
     errno = ;//clear errno

     fd = open("./nothing.txt", O_RDWR);
     if (errno == )
         printf("Open Sucess.\n");
     else{
         printf("Fail to open, reason : %s\n", strerror(errno));
         exit(-);
     }

     close(fd);
     return ;
 }

err.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
Fail to open, reason : No such file or directory 

另一个函数是perror()，会根据全局变量errno和传入的字符串，打印一条出错信息，其函数原型如下：

#include <stdio.h>

#include <errno.h>

void perror(const char * pszInfo);

perror()函数表示要输出的字符串，系统自动将使用errno变量映射得到的错误文件描述的字符串链接在参数字符串的后面。该字符串不需要添加‘\n’，perror()函数会自动添加。因此，我们在上一个程序的基础上再做简单修改：

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <unistd.h>
 #include <errno.h>

 int main(void)
 {
     int fd;
     errno = ;//clear errno

     fd = open("./nothing.txt", O_RDWR);
     if (errno == )
         printf("Open Sucess.\n");
     else{
         perror("fail to open");
         exit(-);
     }
     close(fd);
     return ;
 }

err.c

程序运行结果如下：

xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
fail to open: No such file or directory

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参考资料

[1] 吴岳，Linux C程序设计大全，清华大学出版社