[APUE]UNIX進程的環境(上)

一、 前言

  本章將學習:當執行程式時，其main函數是如何被調用的，命令行參數是如何傳送給執行程式的，典型的存儲器佈局是什麼樣式，如何分配另外的存儲空間，進程如何使用環境變數，進程終止的不同方式等。另外還將說明longjmp和setjmp函數以及它們與棧的交互作用。

二、 main函數

  C程式的入口是main函數，main函數的原型是:

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

  當內核啟動C程式時(使用一個exec函數),在調用main前先調用一個特殊的啟動常式。可執行程式文件將此啟動常式制定為程式的起始地址--這是由鏈接器設置的，而鏈接器程式則由C編譯程式(通常是cc)調用。啟動常式從內核取得命令行參數和環境變數值，然後為調用main函數作好安排。

三、進程終止

  有五種方式使進程終止:

• 正常終止: (a) 從main返回。
  (b) 調用exit。
  (c) 調用_exit。

• 異常終止: (a) 調用abort。
  (b) 由一個信號終止。

  上節提到的啟動常式是這樣編寫的，使得從main返回後立即調用exit函數，如果將啟動歷程以C代碼形式表示(此常式通常用彙編編寫)，則它調用main函數的形式可能是: exit(main(argc, argv));

1. exit和_exit函數

  exit和_exit函數用於正常終止一個程式：_exit立即進入內核，exit則先執行一些清除處理(包括調用執行各終止處理程式，關閉所有標準IO流等)，然後進入內核。

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

#include <unistd.h>
void _exit(int statu);

使用不同頭文件的原因是:exit是由ANSI C說明的，而_exit則是由POSIX.1說明的

  由於歷史原因，exit函數總是執行一個標準IO庫的清除關閉操作:對所有打開的流調用fclose函數，這會造成緩存中的所有數據都被刷新(寫入到文件上)。

2. atexit函數

  按照ANSI C的規定，一個進程可以登記多至32個的終止處理函數(exit handler)，這些函數將由exit自動調用。可用atexit函數來註冊這些函數。

#include <stdlib.h>
int atexit(void (*func)(void));
返回值:成功為0，出錯非0

  atexit的參數是一個無參數並且無返回的函數的指針。exit以註冊這些函數的相反順序調用它們。如果一個函數被註冊多次那會被調用多次。   根據ANSI C和POSIX.1 exit首先調用各終止處理程式，然後按需多次調用fclose。下圖顯示了一個C程式是如何啟動的，以及它終止的各種方式。

內核使程式執行的唯一方式是調用一個exec函數。

四、命令行參數

  當執行一個程式時，調用exec的進程可將命令行參數傳給該程式。

五、環境表

  每個程式都接收到一張環境表。與參數表一樣，環境表也是一個字元指針數組，其中每個指針包含一個以null結束的字元串的地址。全局變數environ則包含了該指針數組的地址。 extern char **environ;   如果該環境包含五個字元串，那麼它們看起來如下圖:

其中每個字元串的結束處都有一個null字元。我們稱environ為環境指針。指針數組為環境表，其中各指針指向的字元串為環境字元串。通常使用getenv和putenv函數來存取特定的環境變數，而不是用environ變數。但是如果要查看整個環境則必須使用environ指針。

六、C程式的存儲空間佈局

  C程式由以下幾部分組成:

• 正文段。這是由CPU執行的機器指令部分。通常正文段是共用的，所以即使是經常執行的程式(如文本編輯程式、C編譯程式、shell等)在存儲器中也只需有一個副本。另外正文段常常是只讀的。
• 初始化數據段。通常將此段稱為數據段。其中包含了程式中需賦初值的變數。如C程式中任何函數之外的說明:

  int maxcount = 99;

  使此變數以初值存放在初始化數據段中。
• 非初始化數據段。通常稱此段為bss段(block started by symbol, 由符號開始的塊)，在程式開始執行之前，內核將此段初始化為0。函數外的說明: long sum[1000] 使此變數存放在非初始化數據段中。
• 棧。自動變數以及每次函數調用所需保存的信息(返回地址和調用者的環境信息)都存放在此段中。
• 堆。通常在堆中進行動態存儲分配。堆位於非初始化數據段項和棧底之間。
  下圖顯示了這些段的典型安排方式。
  

   

  
  從圖中可以看到未初始化數據段的內容並不存放在磁碟程式文件中。需要存放在磁碟程式文件中的段只有正文段和初始化數據段。size命令報告正文段、數據段、和bss段的長度:

$ size /bin/cc /bin/sh
text  data  bss dec    hex
81920 16384 664 98968  18298 /bin/cc
90112 16384 0   106496 1a000 /bin/sh

  第4列和第5列分別以十進位和十六進位表示的總長度。