第6章.md

进程

目录

• 进程
  • 进程号
    • getpid()
    • getppid()
  • 进程内存布局
    • C获取各段地址
  • 虚拟内存管理
    • 进程页表改变条件
  • 栈和栈帧
  • 命令行参数
  • 环境列表
    • getenv() 获得环境变量
    • putenv(), setenv() 设置环境变量
    • unsetenv() clearenv() 移除环境变量
  • 非局部跳转
    • setjmp() longjmp()
      • 优化编译器问题
  • 习题
    • • 6-1

进程号

getpid()

pid_t getpid(void)

​ Linux内核2.4与其更早版本，进程号上限32767。上限由内核常量PID_MAX定义。Linux2.6之后可更改/proc/sys/kernel/pid_max。内核参数修改：/etc/sysctl.d/99-sysctl.conf --> kernerl.pid_max=65535。64位平台可达到2^22。

​ 当进程号满之后，程序计数器将从300开始，而不是1。

getppid()

进程内存布局

• text段： 包含程序指令。只读属性。
• 初始化数据段：已初始化的全局变量和静态变量
• 未初始化（BSS）段：程序仅保存BSS段的位置和大小，运行时由程序加载器分配这一空间。
• stack
• heap

此处的段(segment)与硬件分段(segmentation)不同

​ 应用程序二进制接口（ABI）：规定程序运行时如何与内核或库函数提供的服务交换信息。（个人理解： 不同编译器有不同优化方式，即函数传参不同，寄存器使用不同，ABI保证不同编译器编译出的程序使用相同的库）。

C获取各段地址

c语言提供3个全局符号： etext edata end 分别获取本程序text段、bss段、初始化段结尾下一字节地址

显示声明：

extern char etext, edata, end;

各内存段在x86-32体系结构中布局：

虚拟内存管理

程序仅有部分地址空间存在RAM中。

虚拟内存的规划之一是将每个程序使用的内存切割成小型的、固定大小的页单元。

进程尝试访问地址无页表目录对应时，将收到SIGSEGV信号。

进程页表改变条件

• 栈向下增长超过之前曾到达的位置
• 在heap中分配或释放内存时，通过调用brk()、sbrk()、malloc()函数族来提升program break的位置。
• 调用shamt()连接共享内存
• 当mmap()创建内存映射时，或者munmap()解除内存映射时。

栈和栈帧

栈：内核栈、用户栈

用户栈信息：

• 函数实参、局部变量

• 函数调用信息： PC、寄存器副本

内核栈信息：

进程陷入内核态后，先把用户堆栈的地址保存到内核堆栈中，然后设置设置CPU堆栈寄存器为内核栈的地址，这样就完成了用户栈到内核栈的转换。进程由用户栈到内核栈转换时，进程的内核栈总是空的。每次从用户态陷入内核时，得到的内核栈都是空的，所以在进程陷入内核时，直接把内核栈顶地址给堆栈指针寄存器即可。

命令行参数

int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
	return 0;
}

Linux的ARG_MAX曾固定为32页面大小。参数存储自己上限通过ARG_MAX限定，通过调用sysconf(__SC_ARG_MAC)确定上限值。

环境列表

访问使用全局变量char **environ;

getenv() 获得环境变量

char *getenv(const char*name);

获取环境变量的值。返回的字符串不应修改

putenv(), setenv() 设置环境变量

int putenv(char *string);

string --> “name=value” 字符串不应为自动变量，该字符串将成为环境一部分

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

setenv()将复制字符串值，overwrite==0时将不会覆盖已存在的环境变量

（个人感觉比putenv()更好，因为字符串复制了一份）

unsetenv() clearenv() 移除环境变量

int unsetenv(const char *name);

int clearenv(void); 清除所有环境变量

clearenv()与unsetenv()使用可能会导致内存泄漏。clearenv不能获得setenv新分配的字符串地址

非局部跳转

setjmp() longjmp()

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);
    Returns 0 on initial call, nonzero on return via longjmp()
void longjmp(jmp_buf env, int val);

longjmp()第一次返回setjmp位置，setjmp将返回0

longjmp()不能返回已释放的函数

优化编译器问题

编译器优化将重组程序指令执行。cpu可能并行一段无关程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <setjmp.h>

static jmp_buf env;

void doJump(int nvar, int rvar, int vvar);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int nvar;
	register int rvar;
	volatile int vvar;

	nvar = 111;
	rvar = 222;
	vvar = 333;

	if (setjmp(env) == 0) {
		nvar = 777;
		rvar = 888;
		vvar = 999;
		doJump(nvar, rvar, vvar);
	} else {
		printf("After longjmp(): nvar=%d rvar=%d vvar=%d\n", nvar, rvar, vvar);
	}
	
	return 0;
}

void doJump(int nvar, int rvar, int vvar) {
	printf("After longjmp(): nvar=%d rvar=%d vvar=%d\n", nvar, rvar, vvar);
	longjmp(env, 1);
}

预想输出两次应该均为 777 888 999

由于优化器对代码重组受到longjmp()影响，所以输出不一致。

解决： 在非局部跳转代码内使用显示声明volatile声明，让编译器不要优化变量

习题

6-1

编译程序清单6-1中的程序，使用ls -l命令显示可执行文件的大小，解释为什么可执行文件的大小远小于10MB，但是程序中包含了一个10MB的数组？

#include <stdio.h>

char globalBuf[65535];

void overstack();

int main(int argc, char *argv[])
{
	overstack();
	return 0;
}

void overstack() {
	char overBuf[1024*1024*10]; // 申请10MB大小的容量
}

编译： 17K大小，显然程序中有两个大的未初始化的数据段，这些数组在程序运行时才会被分配存储空间。只有被初始化的数据段才会使得程序体积变大。

char globalBuf[65535] = {0,1,2};

此时81K

char mbuf[10240000] = {0,10,0,1};

使用如上的声明方式，不占用数据段，数组中剩余部分的0不占用程序体积，数组中的内容在文本段，占用程序体积，变量记录在栈中，在运行中将文本段拷贝到栈中，现在是8.8k，注意实际上体积仍然变大了，因为文本段增加了。程序无法运行，因为overBuf在栈中申请10MB大小，会超出一般系统提供的栈的大小。