【Linux系统编程】第二十弹---进程优先级 && 命令行参数 && 环境变量

发布于:2024-09-18 ⋅ 阅读:(10) ⋅ 点赞:(0)

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目录

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 

putenv(); // 创建环境变量


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