Linux-进程描述（5）之进程环境

main函数和启动例程

　　当内核使用一个exec函数执行C程序时，在调用main函数之前先调用一个特殊的启动例程，可执行程序将此例程指定为程序的起始地址。启动例程从内核获取命令行参数和环境变量，然后为调用main函数做好准备。我们常用gcc main.c -o main命令编译一个程序，其实也可以分三步做，第一步生成汇编代码，第二步生成目标文件，第三步生成可执行文件：

 $ gcc -S main.c
 $ gcc -c main.s
 $ gcc main.o

　　-S 选项生成汇编代码， -c 选项生成目标文件，此外 -E 选项只做预处理而不编译，如果不加这些选项则 gcc 执行完整的编译步骤，直到最后链接生成可执行文件为止。gcc命令的选项图

　　这些选项都可以和 -o 搭配使用，给输出的文件重新命名而不使用 gcc 默认的文件名（ xxx.c、 xxx.s 、 xxx.o 和 a.out ），例如 gcc main.o -o main 将 main.o 链接成可执行文件 main 。

　　如果我们用gcc做链接，gcc其实是调用ld将目标文件crt1.o和我们的hello.o链接在一起。crt1.o里面已经提供了_start入口点，我们的汇编程序中再实现一个_start就是多重定义了，链接器不知道该用哪个，只好报错。另外，crt1.o提供的_start需要调用main函数，而我们的汇编程序中没有实现main函数，所以报错。

 如果目标文件是由C代码编译生成的，用gcc做链接就没错了，整个程序的入口点是crt1.o中提供的_start，它首先做一些初始化工作（以下称为启动例程，Startup Routin），然后调用C代码中提供的main函数。所以，以前我们说main函数是程序的入口点其实不准确，_start才是真正的入口点，而main函数是被_start调用的。

 main函数最标准的原型应该是int main(int argc, char *argv[])，也就是说启动例程会传两个参数给main函数，这两个参数的含义我们学了指针以后再解释。我们到目前为止都把main函数的原型写成int main(void)，这也是C标准允许的，如果你认真分析了上一节的习题，你就应该知道，多传了参数而不用是没有问题的，少传了参数却用了则会出问题。

由于 main 函数是被启动例程调用的，所以从 main 函数 return 时仍返回到启动例程中， main 函数的返回值被启动例程得到，如果将启动例程表示成等价的C代码（实际上启动例程一般是直接用汇编写的），则它调用 main 函数的形式是：

 exit(main(argc, argv));

　　也就是说，启动例程得到 main 函数的返回值后，会立刻用它做参数调用 exit 函数。 exit也是 libc 中的函数，它首先做一些清理工作，然后调用上一章讲过的 _exit 系统调用终止进程， main 函数的返回值最终被传给 _exit 系统调用，成为进程的退出状态。我们也可以在 main 函数中直接调用 exit 函数终止进程而不返回到启动例程，例如：

 #include <stdlib.h>

 int main(void)
 {
     exit();
 }

这样和 int main(void) { return 4; } 的效果是一样的。在Shell中运行这个程序并查看它的退出状态：

 ./a.out
 echo $?
 

　　按照惯例，退出状态为0表示程序执行成功，退出状态非0表示出错。注意，退出状态只有8位，而且被Shell解释成无符号数，如果将上面的代码改为 exit(-1); 或 return -1; ，则运行结果为:

./a.out
echo $?

　　注意，如果声明一个函数的返回值类型是 int ，函数中每个分支控制流程必须写 return 语句指定返回值，如果缺了 return 则返回值不确定（想想这是为什么），编译器通常是会报警告的，但如果某个分支控制流程调用了 exit 或 _exit 而不写 return ，编译器是允许的，因为它都没有机会返回了，指不指定返回值也就无所谓了。使用 exit 函数需要包含头文件 stdlib.h，而使用 _exit 函数需要包含头文件 unistd.h 。

进程终止

进程终止的方式有8种，前5种为正常终止，后三种为异常终止：
1 从main函数返回；
2 调用exit函数；
3 调用_exit或_Exit；
4 最后一个线程从启动例程返回；
5 最后一个线程调用pthread_exit；
6 调用abort函数；
7 接到一个信号并终止；
8 最后一个线程对取消请求做出响应。

（1） exit函数

 #include <stdlib.h>
 void exit( int status );
 void _Exit( int status );
 #include <unistd.h>
 void _exit( int status );

　　这三个函数用于正常终止一个程序， _exit和_Exit立即进入内核，而exit则要先做一些清理工作（调用执行各终止处理程序，关闭所有标准I/O流），再进入内核。三个函数所带的整型参数称为终止状态或退出状态，如果（a）调用这些函数不带参数，（b） main函数中的return语句无返回值，（c） main函数没有声明返回类型为整型，则进程的终止状态是未定义的。 main函数返回一个整型值与用该值调用exit是等价的。

函数名: exit()

所在头文件：stdlib.h(如果是”VC6.0“的话头文件为：windows.h)

功 能: 关闭所有文件，终止正在执行的进程。

exit(0)表示正常退出，exit(x)（x不为0）都表示异常退出，这个x是返回给操作系统（包括UNIX,Linux,和MS DOS）的，以供其他程序使用。

stdlib.h: void exit(int status);//参 数status，程序退出的返回值。

_exit()与exit的区别：

头文件：exit:#include<stdlib.h>   _exit:#include<unistd.h>

_exit()函数:直接使进程停止运行,清除其使用的内存空间,并销毁其在内核中的各种数据结构;exit()函数则在这些基础上作了一些包装,在执行退出之前加了若干道工序。exit()函数与_exit()函数最大的区别就在于 exit()函数在调用 exit 系统调用之前要检查文件的打开情况,把文件缓冲区中的内容写回文件。

exit()退出程序过程

1.调用atexit()注册的函数（出口函数）；按ATEXIT注册时相反的顺序调用所有由它注册的函数,这使得我们可以指定在程序终止时执行自己的清理动作。例如,保存程序状态信息于某个文件,解开对共享数据库上的锁等。
2.cleanup()；关闭所有打开的流，这将导致写所有被缓冲的输出，删除用TMPFILE函数建立的所有临时文件。
3.最后调用_exit()函数终止进程。
　　_exit做3件事（man）：
　　1，属于此过程的任何打开文件描述符都已关闭；
　　2，进程的任何子进程由进程1继承，初始化；
　　3，这个过程父进程发送SIGCHLD信号。
　　exit执行完清理工作后就调用_exit来终止进程。

程序示例

 #include<stdlib.h>
 #include<conio.h>
 #include<stdio.h>
 int main(int argc,char*argv[])
 {
 int status;
 printf("Enter either 1 or 2\n");
 status=getch();
 /*Sets DOS error level*/
 exit(status-'');
 /*Note:this line is never reached*/
 return ;
 }

exit()和return的区别：

　　按照ANSI C，在最初调用的main()中使用return和exit()的效果相同。但要注意这里所说的是“最初调用”。如果main()在一个递归程序中，exit()仍然会终止程序；但return将控制权移交给递归的前一级，直到最初的那一级，此时return才会终止程序。return和exit()的另一个区别在于，即使在除main()之外的函数中调用exit()，它也将终止程序。

（2） atexit函数

函数名: atexit

头文件:#include<stdlib.h>

功 能: 注册终止函数(即main执行结束后调用的函数)

用 法: void atexit(void (*func)(void));

注意：exit调用这些注册函数的顺序与它们 登记时候的顺序相反。同一个函数如若登记多次，则也会被调用多次。

　　一个进程可以登记若干个个函数，这些函数由exit自动调用，这些函数被称为终止处理函数， atexit函数可以登记这些函数。 exit调用终止处理函数的顺序和atexit登记的顺序相反，如果一个函数被多次登记，也会被多次调用。按照ISO C的规定，一个进程可以登记至少32个函数，这些函数将由exit自动调用。atexit（）注册的函数类型应为不接受任何参数的void函数。

下面是注册了三个函数的程序示例：

 #include<stdio.h>
 #include<stdlib.h>
 void func1(void)
 {
         printf("in func1\n");
 }
 void func2(void)
 {
         printf("in func2\n");
 }
 void func3(void)
 {
         printf("in func3\n");
 }
 int main()
 {
         atexit(func3);
         atexit(func2);
         atexit(func1);
20         sleep(5);
         printf("In main\n");
         exit(0);
 }

过程分析：atexit（）函数先注册三个func()函数，然后等待5秒，再打印“int main”（如果main（）函数输出部分后面没有“\n”，则main（）函数要输出的内容会先放到标准输出缓冲区中，当main()中调用exit（）函数的时候，会做一些自身清理工作，同时刷新缓冲区的内容），当执行到exit（0）时，exit（）会自动调用这些已注册的函数，但是由于压栈的过程中先入后出的原则，所以先注册的函数最后执行。

　　一个进程可以登记多达32个函数，这些函数将由exit自动调用，通常这32个函数被称为终止处理程序，并调用atexit函数来登记这些函数，atexit的参数是一个函数地址，当调用此函数时无须传递任何参数，该函数也不能返回值，atexit函数称为终止处理程序注册程序，注册完成以后，当函数终止是exit()函数会主动的调用前面注册的各个函数，但是exit函数调用这些函数的顺序于这些函数登记的顺序是相反的，我认为这实质上是参数压栈造成的，参数由于压栈顺序而先入后出。同时如果一个函数被多次登记，那么该函数也将多次的执行。

　　exit函数运行时首先会执行由atexit()函数登记的函数，然后会做一些自身的清理工作，同时刷新所有输出流、关闭所有打开的流并且关闭通过标准I/O函数tmpfile()创建的临时文件。exit()函数用于在程序运行的过程中随时结束程序，exit的参数state是返回给操作系统，返回0表示程序正常结束，非0表示程序非正常结束。

环境表

　　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，环境指针environ是一个全局变量，指向指针数组的地址。通常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量，而不是environ全局变量。如果要查看整个环境，则必须用environ全局变量。

C程序的存储空间布局

正文段：CUP执行的机器指令部分，是共享和只读的。
初始化数据段：又称作数据段，包含了程序中明确需要赋初值的变量。
非初始化数据段：在程序开始执行前，内核将此段中的数据初始化为0或空指针。
栈：自动变量以及每次函数调用时所需保存的数据都存放在此段中。
堆：用于动态存储分配。堆位于栈和非初始化数据段之间。

存储器分配

#include <stdlib.h>
void *malloc( size_t size );
void *calloc( size_t nobj, size_t size );
void *realloc( void *ptr, size_t newsize );
void free( void *ptr );
m　　alloc函数分配指定字节数的存储区，该存储区中的初始值不确定； calloc函数为指定数量且指定长度的对象分配存储空间，该空间中的每一位都初始化为0； realloc函数更改存储区的长度（增加或减少），新增区域内的初始值不确定,如果ptr为空， realloc和malloc的功能相同。以上函数的大多数实现所分配的存储空间都比所要求的要大一些，额外的空间用来存储管理信息。如果在一个超过已分配区的尾端进行写操作，就会重写下一个分配区的管理记录；同样，在一个已分配区的起始位置之前写入，会重写本分配区的管理记录。这种错误是灾难性的，但因为不会很快暴露出来，所以很难发现。
环境变量：环境字符串的形式如： name=value，它们的解释完全取决于各个应用程序，而与内核无关。
#include <stdlib.h>
char *getenv( const char *name );
int putenv( char *str );
int setenv( const char *name, const char *value, int rewrite );
int unsetenv( const char *name );
getenv函数返回指向name=value中的value的指针； putenv函数把字符串name=value放入环境表中，如果name已经存在，则先删除原来的定义。
setenv函数将name设置为value，如果name存在且rewrite非0，则删除其现有定义，若rewrite为0，则不删除其现有定义； unsetenv函数删除name的定义，即使不存在也不会出错。

setjmp和longjmp

#include <setjmp.h>
int setjmp( jmp_buf env );
void longjmp( jmp_buf env, int val );
　　setjmp和longjmp函数用于处理发生在深层次函数调用中的出错情况longjmp函数可以在栈上跳过若干个调用帧，返回到当前函数调用路径上的某个函数中。在希望返回到的位置调用setjmp，数据类型jmp_buf是某种形式的数组，存放在调用longjmp时能用来恢复栈状态的所有信息。因为需要在另一个函数中引用env变量，所以将env定义为全局变量。当检查到一个错误时，调用longjmp函数，第一个参数env就是在调用setjmp时所用的env，第二个参数val非0，它将成为从setjmp处返回的值。使用第二个参数的原因是一个setjmp可以对应多个longjmp，这样就可以根据返回值来判断造成返回的longjmp函数在那个函数中，从而确定出错的位置。

getrlimit和setrlimit函数

#include <sys/resource.h>
int getrlimit( int resource, struct rlimit *rlptr );
int setrlimit( int resource, const struct rlimit *rlptr );
getrlimit和setrlimit函数用于获取或设置进程的资源限制。资源限制通常是由进程0建立的，由每个后续进程继承。更改资源限制时，注意以下三条规则：
1 进程的软限制值只能用于或等于硬限制值；
2 任意进程都可以降低其硬限制值，但它必须用于或等于其软限制值，这种操作对普通用户是不可逆的；
3 只有超级用户进程可以提高硬限制值。
资源限制影响到调用进程并由其子进程继承，这意味着为了影响一个用户的所有进程，需要将资源限制构造在shell中。