第7章——《进程环境》

谁践踏了优雅 2022-05-17 05:48 320阅读 0赞

### 实验环境介绍 ###

*  gcc：4.8.5
 *  glibc：glibc-2.17-222.el7.x86\_64
 *  os：Centos7.4
 *  kernel：3.10.0-693.21.1.el7.x86\_64

### 引言 ###

*  这章讨论内容
    
     *  main函数是如何被调用的
     *  命令行参数如何传递给新程序。
     *  典型的存储空间布局
     *  如何分配另外的存储空间
     *  进程如何使用环境变量
     *  进程的不同终止方式。
     *  longjmp和setjmp函数以及它们与栈的交互作用
     *  进程资源限制

### main函数 ###

*  当内核执行C程序的时（使用一个exec函数），在调用main先调用一个特殊的启动例程。可执行程序文件将次启动例程指定为程序的起始地址——这是由链接编辑器设置的。而链接编辑器由C编译器调用。启动例程从内核取得命令行参数和环境变量值。为上述调用main做好安排

### 进程终止的8中方式 ###

*  正常终止
    
     *  从main返回
     *  调用exit
     *  调用\_exit或\_Exit
     *  最后一个线程从其启动例程返回
     *  从最后一个线程调用pthread\_exit
 *  异常终止
    
     *  调用abort
     *  接收到一个信号
     *  最后一个线程对取消请求做出响应

##### 退出函数 #####

![退出函数][70]

*  \_exit和\_Exit立即进入内核，exit则先执行一些清理处理，然后返回内核。由于历史原因exit函数总是执行一个标准I/O库的清理关闭操作：对于所有打开流调用fclose函数。冲洗所有的输出缓冲区
 *  exit(0)等价于return 0

###### 函数atexit ######

![atexit][]

*  注册函数，在exit自动调用
 *  测试代码如下：

#include <string.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    #define handle_error(msg) \
       do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
    
    void fun1(void);
    void fun2(void);
    
    int
    main(int argc, char *argv[])
    {
        
        if (atexit(fun1))
            handle_error("atexit");
    
        if (atexit(fun2))
            handle_error("atexit");
    
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    
    void
    fun1(void)
    {
        
        printf("call exit_fun1\n");
    }
    
    void
    fun2(void)
    {
        
        printf("call exit_fun2\n");
    }
    
    result:
    [manjingliu@localhost part_7]$ ./atexit 
    call exit_fun2
    call exit_fun1

*  一个c程序是如何启动和终止  
    ![程序启动和终止][70 1]

### 命令行参数 ###

*  忽略

### 环境表 ###

*  每一个进程都会有有一张环境表  
    ![环境表][70 2]
 *  测试代码如下：

#include <string.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    #define handle_error(msg) \
       do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
    
    int
    main(int argc, char *argv[], char *envp[])
    {
        
        char **pp = envp;
        for (; (*pp) != NULL; pp++)
            printf("%s\n", *pp);
    
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    result:
    [manjingliu@localhost part_7]$ ./atexit 
    XDG_SESSION_ID=368
    HOSTNAME=localhost.localdomain
    TERM=linux
    SHELL=/bin/bash
    HISTSIZE=1000
    SSH_CLIENT=192.168.137.1 50457 22
    SSH_TTY=/dev/pts/1
    USER=manjingliu
    LS_COLORS=rs=0:di=01;34:ln=01;36:mh=00:pi=40;33:so=01;35:do=01;35:bd=40;33;01:cd=40;33;01:or=40;31;01:mi=01;05;37;41:su=37;41:sg=30;43:ca=30;41:tw=30;42:ow=34;42:st=37;44:ex=01;32:*.tar=01;31:*.tgz=01;31:*.arc=01;31:*.arj=01;31:*.taz=01;31:*.lha=01;31:*.lz4=01;31:*.lzh=01;31:*.lzma=01;31:*.tlz=01;31:*.txz=01;31:*.tzo=01;31:*.t7z=01;31:*.zip=01;31:*.z=01;31:*.Z=01;31:*.dz=01;31:*.gz=01;31:*.lrz=01;31:*.lz=01;31:*.lzo=01;31:*.xz=01;31:*.bz2=01;31:*.bz=01;31:*.tbz=01;31:*.tbz2=01;31:*.tz=01;31:*.deb=01;31:*.rpm=01;31:*.jar=01;31:*.war=01;31:*.ear=01;31:*.sar=01;31:*.rar=01;31:*.alz=01;31:*.ace=01;31:*.zoo=01;31:*.cpio=01;31:*.7z=01;31:*.rz=01;31:*.cab=01;31:*.jpg=01;35:*.jpeg=01;35:*.gif=01;35:*.bmp=01;35:*.pbm=01;35:*.pgm=01;35:*.ppm=01;35:*.tga=01;35:*.xbm=01;35:*.xpm=01;35:*.tif=01;35:*.tiff=01;35:*.png=01;35:*.svg=01;35:*.svgz=01;35:*.mng=01;35:*.pcx=01;35:*.mov=01;35:*.mpg=01;35:*.mpeg=01;35:*.m2v=01;35:*.mkv=01;35:*.webm=01;35:*.ogm=01;35:*.mp4=01;35:*.m4v=01;35:*.mp4v=01;35:*.vob=01;35:*.qt=01;35:*.nuv=01;35:*.wmv=01;35:*.asf=01;35:*.rm=01;35:*.rmvb=01;35:*.flc=01;35:*.avi=01;35:*.fli=01;35:*.flv=01;35:*.gl=01;35:*.dl=01;35:*.xcf=01;35:*.xwd=01;35:*.yuv=01;35:*.cgm=01;35:*.emf=01;35:*.axv=01;35:*.anx=01;35:*.ogv=01;35:*.ogx=01;35:*.aac=01;36:*.au=01;36:*.flac=01;36:*.mid=01;36:*.midi=01;36:*.mka=01;36:*.mp3=01;36:*.mpc=01;36:*.ogg=01;36:*.ra=01;36:*.wav=01;36:*.axa=01;36:*.oga=01;36:*.spx=01;36:*.xspf=01;36:
    MAIL=/var/spool/mail/manjingliu
    PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/home/manjingliu/.local/bin:/home/manjingliu/bin
    PWD=/home/manjingliu/apue/part_7
    LANG=en_US.UTF-8
    HISTCONTROL=ignoredups
    SHLVL=1
    HOME=/home/manjingliu
    LOGNAME=manjingliu
    SSH_CONNECTION=192.168.137.1 50457 192.168.137.142 22
    LESSOPEN=||/usr/bin/lesspipe.sh %s
    XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1000
    OLDPWD=/home/manjingliu/apue
    _=./atexit

### C程序的存储空间布局 ###

![程序存储空间安排][70 3]

*  C程序的组成
    
     *  正文段：CPU执行的机器指令部分，通常只读
     *  初始化数据段。一般叫做数据段，包含了程序汇总明确赋初值的变量。例如：int maxcount = 99；
     *  未初始化数据段。通常叫做bss段。程序执行之前，内核将此段初始化为0或空指针。如：long sum\[1000\]
     *  栈。自动变量以及每次函数调用时所需保存的信息都存放在此段中
     *  堆。用于动态存储分配

> 未初始化数据段的内容并不存放在磁盘程序文件中。内核在程序开始运行前将它们都设置为0.需要存放在程序文件中的只有正文段和初始化数据段

[manjingliu@localhost part_7]$ size atexit
       text data bss dec hex filename
       1301 548 4 1853 73d atexit

### 共享库 ###

*  不使用共享库

[manjingliu@localhost part_7]$ size a.out 
       text data bss dec hex filename
     770960 6196 8640 785796 bfd84 a.out

*  使用共享库

[manjingliu@localhost part_7]$ size a.out 
       text data bss dec hex filename
       1301 548 4 1853 73d a.out

> 使用共享库和不使用共享库，正文和数据段的长度都显著减小

### 存储空间分配 ###

![存储空间分配][70 4]

### 环境变量 ###

![环境变量][70 5]  
![变量][70 6]

*  测试代码

### 函数setjmp和longjmp ###

*  C语言中的goto语句是不能跨越函数的，而执行函数间的跳转是setjmp和longjmp。对于处理发生在很深层潜逃函数调用中的出错情况是很有用的
 *  在深层栈帧中处理出错，如果以返回值的方式进行返回检查，会变得麻烦  
    ![非局部跳转][70 7]
 *  gcc优化对几种变量在函数间跳转的影响

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <setjmp.h>
    
    static void f1(int, int, int, int);
    static void f2(void);
    
    static jmp_buf jmpbuffer;
    static int globval;
    
    int
    main(void)
    {
        
        int autoval;
        register int regival;
        volatile int volaval;
        static int statval;
    
        globval = 1; autoval = 2; regival = 3; volaval = 4; statval = 5;
    
        if (setjmp(jmpbuffer) != 0) {
        
            printf("after longjmp:\n");
            printf("globval = %d, autoval = %d, regival = %d,"
                " volaval = %d, statval = %d\n",
                globval, autoval, regival, volaval, statval);
            exit(0);
        }
    
        /*
         * Change variables after setjmp, but before longjmp.
         */
        globval = 95; autoval = 96; regival = 97; volaval = 98;
        statval = 99;
    
        f1(autoval, regival, volaval, statval); /* never returns */
        exit(0);
    }
    
    static void
    f1(int i, int j, int k, int l)
    {
        
        printf("in f1():\n");
        printf("globval = %d, autoval = %d, regival = %d,"
            " volaval = %d, statval = %d\n", globval, i, j, k, l);
        f2();
    }
    
    static void
    f2(void)
    {
        
        longjmp(jmpbuffer, 1);
    }
    result:
    [manjingliu@localhost part_7]$ gcc -Wall setjmp.c -o setjmp 
    [manjingliu@localhost part_7]$ ./setjmp 
    in f1():
    globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99
    after longjmp:
    globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99
    [manjingliu@localhost part_7]$ gcc -Wall setjmp.c -o setjmp -O
    [manjingliu@localhost part_7]$ ./setjmp 
    in f1():
    globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99
    after longjmp:
    globval = 95, autoval = 2, regival = 3, volaval = 98, statval = 99
    
    注意：全局变量、易失变量和静态变量不受优化的影响（改了就是改了）。进行优化后，auto变量和寄存器变量都是存放在寄存器中。所以如果要编写非局部跳转的程序，则必须使用volatile类型的，因为volatile是直接读内存，而不是读存储器，编译器为为了防止该变量被多线程经常改变，导致寄存器和内存的值不一致，所以会强制去读内存里的真实数据

##### 自动变量的潜在问题 #####

*  如下代码：这里为这个io流设置行缓冲区，但是缓冲区为局部变量，会有安全隐患

FILE *
    open_data(void)
    {
        
        FILE *fp;
        char databuf[1024]; /* setvbuf makes this the stdio buffer */
    
        if ((fp = fopen("xxxx", "r")) == NULL)
            return NULL;
    
        if (setvbuf(fp, databuf, _IOLBF, 1024) != 0)
            return null;
        return fp;
    }

### getrlimit和setrlimit与进程资源限制 ###

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/resource.h>
    #include <errno.h> /* for definition of errno */
    #include <stdarg.h> /* ISO C variable aruments */
    #include <string.h>
    
    #define MAXLINE 4096 /* max line length */
    
    static void err_doit(int, int, const char *, va_list);
    
    void
    err_sys(const char *fmt, ...)
    {
        
        va_list ap;
    
        va_start(ap, fmt);
        err_doit(1, errno, fmt, ap);
        va_end(ap);
        exit(1);
    }
    
    #define doit(name) pr_limits(#name, name)
    
    static void pr_limits(char *, int);
    
    int
    main(void)
    {
        
    #ifdef RLIMIT_AS
        doit(RLIMIT_AS);
    #endif
    
        doit(RLIMIT_CORE);
        doit(RLIMIT_CPU);
        doit(RLIMIT_DATA);
        doit(RLIMIT_FSIZE);
    
    #ifdef RLIMIT_MEMLOCK
        doit(RLIMIT_MEMLOCK);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_MSGQUEUE
        doit(RLIMIT_MSGQUEUE);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_NICE
        doit(RLIMIT_NICE);
    #endif
    
        doit(RLIMIT_NOFILE);
    
    #ifdef RLIMIT_NPROC
        doit(RLIMIT_NPROC);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_NPTS
        doit(RLIMIT_NPTS);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_RSS
        doit(RLIMIT_RSS);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_SBSIZE
        doit(RLIMIT_SBSIZE);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_SIGPENDING
        doit(RLIMIT_SIGPENDING);
    #endif
    
        doit(RLIMIT_STACK);
    
    #ifdef RLIMIT_SWAP
        doit(RLIMIT_SWAP);
    #endif
    
    #ifdef RLIMIT_VMEM
        doit(RLIMIT_VMEM);
    #endif
    
        exit(0);
    }
    
    static void
    pr_limits(char *name, int resource)
    {
        
        struct rlimit limit;
        unsigned long long lim;
    
        if (getrlimit(resource, &limit) < 0)
            err_sys("getrlimit error for %s", name);
        printf("%-14s ", name);
        if (limit.rlim_cur == RLIM_INFINITY) {
        
            printf("(infinite) ");
        } else {
        
            lim = limit.rlim_cur;
            printf("%10lld ", lim);
        }
        if (limit.rlim_max == RLIM_INFINITY) {
        
            printf("(infinite)");
        } else {
        
            lim = limit.rlim_max;
            printf("%10lld", lim);
        }
        putchar((int)'\n');
    }
    
    static void
    err_doit(int errnoflag, int error, const char *fmt, va_list ap)
    {
        
        char buf[MAXLINE];
    
        vsnprintf(buf, MAXLINE-1, fmt, ap);
        if (errnoflag)
            snprintf(buf+strlen(buf), MAXLINE-strlen(buf)-1, ": %s",
              strerror(error));
        strcat(buf, "\n");
        fflush(stdout); /* in case stdout and stderr are the same */
        fputs(buf, stderr);
        fflush(NULL); /* flushes all stdio output streams */
    }
    
    result:
    [manjingliu@localhost part_7]$ ./rlimt 
    RLIMIT_AS (infinite) (infinite)
    RLIMIT_CORE 0 (infinite)
    RLIMIT_CPU (infinite) (infinite)
    RLIMIT_DATA (infinite) (infinite)
    RLIMIT_FSIZE (infinite) (infinite)
    RLIMIT_MEMLOCK 65536 65536
    RLIMIT_MSGQUEUE 819200 819200
    RLIMIT_NICE 0 0
    RLIMIT_NOFILE 1024 4096
    RLIMIT_NPROC 3815 3815
    RLIMIT_RSS (infinite) (infinite)
    RLIMIT_SIGPENDING 3815 3815
    RLIMIT_STACK 8388608 (infinite)

[70]: /images/20220517/fdebf80ec43c4dbfa9ae7c8a6acd18ad.png
[atexit]: /images/20220517/416cd1fa72b144f888795f9f9c80309f.png
[70 1]: /images/20220517/7da90d0a7d6c4e049786f33018b10b4d.png
[70 2]: /images/20220517/8e313ae66da14ac3beb0ec005312b469.png
[70 3]: /images/20220517/1d0e1fe511a04545a0fdb09625b50458.png
[70 4]: /images/20220517/0f4d28ee2f9846969a7a557ef93bf1fe.png
[70 5]: /images/20220517/164975a19a7148d48c7aac141c2b76ef.png
[70 6]: /images/20220517/53d05580c6c241aaadf8a71c3cd5921b.png
[70 7]: /images/20220517/22b81e0ea196473ba228850f29e910b4.png