环境变量 environment varible

wiki上有简单的说到， environment varibles are a set of dynamic named values that can affect the way running processes will behave on a computer。  也就是说环境变量为进程的运行提供了一个环境，比如shell这个进程就会使用PATH这个环境变量来搜寻可执行文件。不同的进程可以以不同的方式来使用或是说来解释同一个环境变量， 这是显而易见的，因为环境变量就是存在于进程空间的一组字符串。

1 关于环境变量的一个测试程序

在unix中，每个进程都有属于自己的一组环境变量，这些环境变量，或是这个全局字符串，是子进程从父进程继承过来的，如果子进程不对环境变量做修改的话，当然是和父进程的一模一样，下面用一个测试程序来检测一下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
extern char ** environ;
void show_env();
int main(int argc, char *argv[]){ 
 8     if(fork() > 0){      //fork出子进程
    //    show_env();
        char *path_value = malloc(200);
        path_value = getenv("PATH");
        printf("int parent : PATH=%s\n", path_value);
    }else{
           //修改环境变量PATH, 并且加上一个环境变量字串 "wangyu=wangyu"
        setenv("PATH", "wy", 1);
        putenv("wangyu=wangyu");
        char *path_value = malloc(200);
        path_value = getenv("PATH");
        printf("int child : PATH=%s\n", path_value);
    //    show_env();
    }
       //打印出环境变量表的地址
    printf("environment table address :%p\n", environ);
    return 0;
}
   // 打印出一个进程的所有环境变量及相关地址
void show_env(){
    char ** env = environ;
    int i = 0;
    while(*env){
        printf("index : %d\nenv address : %p\nenv value address : %p\n%s\n", i++, env, *env, *env);
        env++;
    }
}

上面这个程序fork出一个子进程，并且在子进程中修改了一个和增加了一个环境变量，另外有一个单独的函数show_env用来打印出此进程的环境表地址，所有环境变量字串，以及name=value字符串存储的地址。运行结果见下面3小节的图

对unix进程来说，环境变量表是一个指针数组存在于进程空间中，每一个指针指向一个字符串，字符串是 name=value的形式，也就是这个环境变量的名字与值。而这个指针数组的起始地址就存在于一个全局变量 environ中， 在<unistd.h>头文件中有这样的声明

/* NULL-terminated array of "NAME=VALUE" environment variables.  */
extern char **__environ;
#ifdef __USE_GNU
extern char **environ;
#endif

先不管 __USE_GNU这个宏定义。可以看到unistd.h中声明了environ。当然unix并不鼓励我们直接使用environ, 而使用相应的系统调用来读取和修改环境变量表，虽然这在程序程面是可以的。

2. 跟环境变量有关的系统调用

在上面的函数中，用到了三个跟环境变量相关的系统调用, 另外再加上一个 unsetenv.

  #include<stdlib.h>
1 char *  getenv(char * name);
int putenv(char * str);
int setenv(const char * name, const char * value, int rewrite);
int unsetenv(const char * name);

这几个函数都是在 <stdlib.h>中声明的, 也就是要算属于C标准库的函数。其中putenv的参数是整个 name=value字符串。

可能是shell对环境变量的使用比较大，所以shell有内置的命令以及专门的程序来操作环境变量。比如set, env, unset, export。但是我在使用的时候发现这几个东西，其中set,unset,export应该是shell内置的，env应该是一个单独的程序，发现有点混乱，export可以为shell增加环变量，而 unset让所有环境变量失效，这都只针对当前的shell进程，shell重新启动时，应该是从某个配置文件中读入默认的环境变量的.

3。环境变量在进程空间的位置

在最上面的那个程序中，show_env打印出了，环境表的地址，每个环境变量在表中的位置，以及字符串在内存中的位置。可以观查到的一个现象是从bash继承过来的环境表，也就是系统默认一个进程的环境表，不管是表还是那些字符串都是存储在高位地址的，实际上基本是在栈的最开始段。但是我若在这个表中增加了一项，整个表都会被移到低位地址中的堆中。上面那个程序的运行结果是

可以看到父进程的环境表在进程空间的最高位部份，而子进程的增加了一条环境变量(wangyu=wangyu)则变到了低位地址中。在我的系统中(x86_64)，虚拟地址空间是48位，也就是6个字节，6个字节需要12位16进制的数，从图中的第一个地址表示所使用的位数也可以看出。我的机子中在/proc/cpuinfo中有写到这样的信息   address sizes   : 36 bits physical, 48 bits virtual。   

我通过运行上面程序的进程，然后在 /proc/pid/maps中查看(只能查看正在运行的进程，可以通过sleep(int)让进程暂时不退出)，可以看到父进程的环境表是在栈中的(栈的顶端)，而子进程的环境表是在小堆中的(small heap)，父进程环境表中的指针所指向的name=value字符串也都在stack中，并且是在环境表的上面(环境表本身再高地址的地方)。而我在子进程中新增加的那个环境变量字符串“wangyu=wangyu”，则存在属于代码段(text)部份中(应该是代码区的全局数据段吧)，地址比小堆(small heap)还要小

下面是上面那个进程运行时其进程空间的布局，可以看到上面的两个env表的地址别在 [stack]区和[heap]区。   关于 x86_64进程空间的内存布局以后会详细写篇文章来学习。