Linux環境變量

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前言

? 環境變量是操作系統為我們維護的一組 key=value 格式的鍵值對，它們像“隱形助手”一樣，悄悄地決定了程序的運行行為、指令的查找路徑以及用戶的工作環境。

? 你是否好奇為什么在終端中輸入 ls 就能列出文件，而運行自己寫的程序卻要加上 ./？你是否遇到過不同用戶登錄后，默認目錄和權限有所不同？這一切的背后，其實都離不開環境變量的支持。

? 本文將帶你深入理解環境變量的本質、常見環境變量的作用、如何查看與修改環境變量，以及它們與命令行參數、本地變量、內建命令之間的聯系。通過豐富的動圖演示和詳盡的代碼解析，讓你從操作層面到系統原理都能全面掌握 Linux 環境變量的精髓。

1. 基本概念

? 在 Linux 操作系統原理中，環境變量（Environment Variables） 是一類在 操作系統層面定義的全局變量，用于配置操作系統行為和影響進程運行環境。它們通常以 鍵=值 的形式存在，作用范圍可以是用戶會話、進程，也可以被繼承到子進程。

• 環境變量(environment variables)一般是指在操作系統中用來指定操作系統運行環境的一些參數
• 如：我們在編寫C/C++代碼的時候，在鏈接的時候，從來不知道我們的所鏈接的動態靜態庫在哪里，但是照樣可以鏈接成功，生成可執行程序，原因就是有相關環境變量幫助編譯器進行查找。
• 環境變量通常具有某些特殊用途，還有在系統當中通常具有全局特性

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環境變量的本質

• 本質上是 以字符串形式存儲在內存中的一組鍵值對。
• 每個運行中的進程都維護著一份自己的環境變量表，初始化來源是其父進程

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2. 認識常見的環境變量

PATH

• PATH:Linux系統的指令搜索路徑
  • 為什么我們輸入系統的指令(ls pwd)運行時不需要加./，而運行我們自己寫的程序運行時需要加./

系統當中，針對于指令的搜索，Linux系統會為我們提供一個環境變量PATH。

• 環境變量PATH是系統開機就已經在shell中存在的

查看PATH

查看PATH的內容：

我們查看環境變量，需要借助echo指令。

• echo PATH：直接輸出PATH，PATH默認會被當成字符串處理
• 查看PATH中的內容需要使用$。echo $PATH

查看任何環境變量的值都需要在環境變量名前加上$，一般使用命令echo $envName

# 查看環境變量的內容
echo $PATH   # $表示取環境變量的內容

修改PATH

PATH的內容是一系列路徑，路徑與路徑之前用:分隔

• 輸入ls，shell會在這些被冒號分隔開的路徑中依次查找ls程序。
  • 找到的話，執行。因為ls處于路徑/usr/bin路徑下，路徑/usr/bin位于環境變量PATH中，所以系統可以找到直接執行
• 輸入我們自己的程序mycmd，該程序不在PATH中包含的各個路徑下，mycmd程序所處的路徑也不在環境變量PATH中，因此找不到，最終提示command not found。這個查找工作一般都是shell來完成的

那么這就意味著，我們自己編寫的程序，想要像指令一樣不加路徑直接運行，有兩種方法：

1. 將我們的自己的程序放入PATH中存在的路徑中：
   • 以程序mycmd為例，只需要將其移動到環境變量PATH中的目錄即可
   • 使用mv mycmd /usr/bin命令，常見系統的指令通常位于/usr/bin目錄下
2. 將我們自己的程序所處的路徑加入到PATH環境變量中

接下來我們演示第二種方法，并演示PATH的修改

• 環境變量PATH的訪問和修改方法

# 查看環境變量的內容
echo $PATH   # $表示取環境變量的內容
# 修改
PATH=$PATH:newContent
# PATH=newPath   # 錯誤行為 會把PATH中之前的內容覆蓋掉

? 修改環境變量使用等號=，這里的等號可以類比為賦值，賦值會把PATH中之前的內容覆蓋掉。我們需要將指定的路徑追加到PATH中，因此指令為：PATH=$PATH:newPath，這里的行為依然是覆蓋，但是$PATH保證了我們取出了PATH中已有的內容，并在后面加上:newPATH，保證了修改是追加新路徑

• 通過這種方式修改的PATH，是一種內存級別的PATH，在shell中保存。
• 如果我們錯誤的修改了PATH，只需關閉XShell后重新登陸shell。
• shell沒有啟動時，PATH在系統的配置文件中保存。shell啟動時，環境變量從系統的配置文件中加載到內存
  • which指令搜索時，也是在環境變量PATH中搜索的

HOME

• HOME : 指定用戶的主工作目錄(即用戶登陸到Linux系統中時,默認的目錄)
  • 為什么我們在首次登錄Linux時，默認所處的目錄是自己的家目錄呢？
  • 為什么默認所處的路徑為/home/userName呢

? 原因是，當我們登錄時，shell會識別當前登錄的用戶名，給當前用戶填充$HOME環境變量，填充的值為/home/用戶名

當我們使用Xshell遠程登錄Linux時，xshell會為我們分配命令行解釋器，命令行解釋器會執行類似cd $HOME的命令，因此初次登錄時，處于當前用戶的家目錄

SHELL

• SHELL：當前終端使用的Shell程序，它的值通常是/bin/bash
  • 如何查看當前系統中使用的是哪一個shell呢？
  • 只需要查看環境變量SHELL中的值，命令為：echo $SHELL

# 查看當前系統中正在使用的shell
echo $SHELL

• 經驗證，默認使用的shell一般是/bin/bash

其他常見環境變量

? 除了以上環境變量，系統中還有很多其他的環境變量。

環境變量如此多，我們進行查看呢？我們可以使用env命令

• env：查看到當前的進程和bash進程從系統中繼承下來的所有環境變量。

PWD與OLDPWD

圖中的標記對一些常見的環境變量進行了解釋，還有一些不同的Linux發行版會顯示的其他環境變量。

• 環境變量PWD：記錄當前進程所處的工作路徑

• 環境變量OLDPWD：會記錄當前進程所處的工作路徑的上個路徑

  • 我們的cd - 命令會被解析為cd $OLDPWD，因此可以跳轉到上次所處的路徑中

LOGNAME與USER

• 可以看到，當我們在不同用戶之間切換時，env獲取到的環境變量值中的LOGNAME與USER也都在同步變化。
• 

SSH_TTY

這里對環境便令SSH_TTY簡單提一下。SSH_TTY表示當前終端所使用的字符設備文件。當前SSH_TTY的值為/dev/pts/0

• 我們再開啟一個終端，向該文件中追加內容時，另一個終端中便會顯示我們追加的內容，如下所示
  

由環境變量理解權限

使用系統調用獲取環境變量

? 我們可以通過系統調用接口getenv()來獲取環境變量，需要給該函數傳入字符串格式的環境變量名。該函數返回環境變量值，格式為char*風格的字符串，如下所示

理解權限

• 我們Linux的權限理解部分，同一個文件，不同的用戶在使用時，擁有不同的操作權限

  • 那么系統想要給我們限制權限，首先要獲取到我們是誰。
  • 操作系統可以通過系統調用來獲取當前用戶是誰

•   #include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>// 環境變量，可以讓程序獲取到當前系統中的用戶是誰int main() {char who[32];strcpy(who, getenv("USER"));if (strcmp(who, "root") == 0) {printf("你是root用戶, 可以做任何事情\n");} else {printf("你是普通用戶, 受到權限約束\n");}return 0;}
  

• 不同的用戶執行相同的代碼時，環境變量獲取到的值就不一樣，因此可以操作系統可以辨識出當前使用用戶的身份

• 有了環境變量，程序內部便可以獲取環境變量，從而獲知當前是哪個用戶正在執行指令的

有了環境變量的存在，系統就有了獲知當前是哪個用戶正在執行指令的能力，獲取后就可以將文件屬性中的擁有者、所屬組和文件所對應的權限進行比對，進而判定當前用戶有無特定的權限

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3. 總結什么是環境變量

經過以上對環境變量的熟悉和使用，我們可以得出環境變量的最終概念

環境變量是操作系統提供的一組name=value形式的變量，不同的環境變量有不同的用途，通常具有全局屬性

環境變量的本質

• 本質上是 以字符串形式存儲在內存中的一組鍵值對。
• 每個運行中的進程都維護著一份自己的環境變量表，初始化來源是其父進程。

功能	示例變量	說明
系統路徑	PATH	指定可執行程序查找路徑
當前用戶信息	USER, HOME	當前登錄用戶和主目錄
默認語言	LANG	控制系統語言和字符集
編輯器	EDITOR	系統默認文本編輯器
庫路徑	LD_LIBRARY_PATH	指定動態庫搜索路徑
shell 類型	SHELL	當前 shell 程序路徑

3. 命令行參數和環境變量的全局性

命令行參數

什么是命令行參數？

• 命令行參數：是指在命令行界面運行程序時，跟隨在程序名稱后的額外輸出參數，用于控制程序的運行或傳遞數據

我們C/C++的main函數是可以有參數的

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

• 其中：
  • argc是一個整數，argv是一個字符串數組(指針數組)
  • argv字符串數組的大小由argc決定

main函數也是函數，因此main函數可以調用其他函數，同時也可以被其他函數調用。C/C++程序運行起來時，int argc和char* argv[]這兩個參數會被調用方進行傳參。

• 用戶層面上：main函數是被第一個調用的函數

• 系統層面上：第一個調用的函數是Startup()函數或CRTStartup()函數，該函數會調用main函數，給main函數傳參

使用以下代碼查看char* argv[]中的內容：

int main(int argc, char* argv[]) {int i = 0;for (; i < argc; ++i) {printf("argv[%d]->%s\n", i, argv[i]);}return 0;
}

可以看到char* argv中的內容，就是我們輸入的指令和附帶的選項。

• argv[0]是./mycmd
• argv[i]是后面附帶的不同選項

為什么會這樣呢？

這是因為，我們在**bash中輸入的指令，本質上都是字符串，bash會把他們以空格為分隔符，分割成子字符串，分割成多少個字符串，就初始化argc為多少**

打散后 , argv指針數組中，每個空間，存放的都是相應字符串的地址。最后一個空間存放的是空指針NULL

• 在系統層面上，被打散的字符串的地址存入char* argv[]中并初始化argc。shell命令行解釋器，會把這兩個參數傳遞給程序的main函數。

• 既然char* argv[]的最后一個位置的值為NULL，那么我們遍歷argv[]就有了新的方式：

  • for循環的第二個位置表示循環終止條件，當argv[i]的值為NULL時，循環結束，也就完成了對argv[]的遍歷

  •   int main(int argc, char* argv[]) {int i = 0;for (; argv[i]; ++i) {printf("argv[%d]->%s\n", i, argv[i]);}return 0;}
    

• 

以上就是命令行參數。以空格為分隔符。將輸入的指令分割的過程，就叫做命令行解析

為什么要有main函數要有命令行參數？

• 我們Linux中的指令都是C語言寫的
  • main函數的命令行參數為指令、工具、軟件提供命令行選項的支持
  • 調用同一個程序時，使用不同的選項，可以完成不同的功能

main函數的第三個參數

main函數不只有argc和argv兩個參數，還可以帶第三個參數，如下：

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

• 這里的第三個參數char* env[]表示的是從父進程繼承過來的環境變量，其內容和env命令輸出的內容一模一樣

  • 使用以下代碼驗證

  •   // C/C++ 程序 兩張表  main函數的第三個參數// 1. 命令行參數 向量表  2. 環境變量 向量表   這兩張表的結構一模一樣int main(int argc, char* argv[], char* env[]) {int i = 0;// argv 和 env 的最后一個元素存儲的是NULL，遍歷到結尾時，條件自動為假，所以退出循環for (; env[i]; ++i) {printf("env[%d]->%s\n", i, env[i]);}return 0;}
    

• 綜上：通過參數和char* env[]查看的環境變量和env命令查看到的環境變量一模一樣
  • char* argv[]和char* env[]的結構一模一樣，且最后一個元素都是NULL指針
• 不能簡單的認為程序啟動時，就是簡單的將程序加載到內存。

而是程序在啟動時，Startup函數會調用main函數，給main函數傳遞參數，傳遞兩張表。命令行參數表和環境變量表。

環境變量具有全局屬性

? 我們在命令行下所運行的所有進程，都是bash的子進程。bash在啟動的時候，會從操作系統的配置文件中讀取環境變量信息。子進程會繼承父進程交給我的環境變量。子進程可以通過main函數的第三個參數char* env[]訪問環境變量。

• 而子進程再創建子進程，環境變量表就被無窮盡的傳遞下去了，因此說，環境變量具有全局性

環境變量也是進程的數據，進程具有獨立性，父子進程fork之后的代碼共享，數據，讀時共享，寫時拷貝

• 一個進程還沒有創建子進程時，如果已經創建好了環境變量，再創建子進程，就會被子進程繼承下去
• 環境變量的繼承有兩種方式
  • main函數傳參
  • 直接繼承

4. 環境變量可以被子進程繼承

如何驗證環境變量可以被子進程繼承呢？

我們可以在系統的環境變量中加入一個我們自己的環境變量

增加環境變量命令：

export [name=value]

# env可以查看全部的環境變量
# echo $PATH 等可以查看特定環境變量的內容
# 那么如何增加環境變量# 增加該環境變量 MY_VALUE=123456
export MY_VALUE=123456

• export增加環境變量后，env命令中就多了我們添加的環境變量

• export增加環境變量后，我們運行的bash的子進程./mycmd中，獲取到的環境變量也有我們新增加的環境變量

這是因為：環境變量可以被子進程繼承

• 發源進程只有一個，是bash，因此**bash及其的所有子進程構成的進程樹，擁有相同的環境變量**

如果今天我想讓我的所有進程都遵守一套規則，我可以把這套規則放在bash的環境變量中，這樣所有的子進程都會有相同的環境變量

系統中的權限，每條指令都應該遵守，這些功能的實現就和環境變量有關

取消環境變量：

# 取消我們剛剛新增的環境變量 MY_VALUE
unset MY_VALUE

bash進程取消環境變量MY_VALUE后，之后的子進程就也沒有相應的環境變量了，讀者可以自行驗證

• 另外，編譯器在編譯時，會對main函數的命令行參數進行檢查，會進行條件編譯。如果main函數有參數，會傳入相應個數的參數。沒有參數，就不傳入參數

5. 本地變量與內建命令

本地變量

與環境變量對應的還有本地變量。

什么是本地變量？本地變量就是我們直接在shell中定義的變量

# 直接在bash命令行中定義
a=1
b=2
c=3

本地變量只會在本bash內部有效，不會被子進程繼承

set命令：可以顯示系統中所有的變量。包括環境變量和本地變量

本地變量不能被子進程繼承

• 我們用本地變量MYVAL來測試，以下程序查看MYVAL的值

int main(int argc, char* argv[], char* env[]) {printf("MYVAL: %s\n", getenv("MYVAL"))；    return 0;
}

內建命令

• 觀察以下輸出，思考問題

• 前文提到，bash命令行中執行的程序，都是bash的子進程。
• 前文提到，本地變量只在本bash內部有效，不會被子進程繼承
• 那么，echo $MY_val命令，echo也是Bash的子進程，./mycmd也是bash的子進程，無法獲取到本地變量。echo也是bash的子進程，為什么能取到本地變量的？

我們糾正之前的結論：命令行中所啟動的指令，不一定全都要創建子進程

我們的命令要被分成兩類：

• 常規命令：執行時，bash通過創建子進程執行
• 內建命令：執行時，bash不創建子進程，而是bash自己親自執行的。類似于bash調用了自己寫的或者系統提供的函數。已知常見的內建命令如下：
  • echo：echo是由bash執行的，bash內部有一個函數叫echo，echo $MY_val時，echo獲取到bash內部的本地變量輸出出來就行了
  • cd：每個進程都有自己的當前工作目錄，如果cd命令在執行時創建子進程，那么cd改變的將是子進程的工作目錄，而不會改變主進程的工作目錄

結合系統調用體會內建命令cd

? bash也是一個程序，其內部在實現時，讀取到用戶輸入cd時，bash并不會創建子進程，而是直接調用系統調用chdir改變bash程序當前的路徑。

我們可以用如下代碼進行驗證：

由于我們執行mycmd時，bash會創建子進程，因此我們無法直接觀察到bash的工作路徑改變，我們可以觀察/proc目錄下進程的cwd目錄

// 驗證 cd 命令
int main(int argc, char* argv[]) {printf("before change:\n");sleep(40);if (argc == 2) {chdir(argv[1]);}printf("change end:\n");sleep(20);return 0;
}

• sleep()是為了給我們輸入指令查看進程的cwd留出時間

通過C語言提供的外部變量獲取環境變量

// 通過C語言提供的 外部變量 environ 獲取環境變量
int main() {int i = 0;extern char** environ;for (; environ[i]; ++i) {printf("%s\n", environ[i]);}return 0;
}

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6. 結語

? 至此，我們已經系統地學習了 Linux 環境變量的方方面面：它們的結構、用途、修改方式、繼承機制，以及它們在程序啟動和系統權限管理中的關鍵角色。從 PATH 到 HOME，從命令行參數到環境變量表，從本地變量的局部性到子進程的繼承性，環境變量貫穿了整個 Linux 系統的運行脈絡。

? 希望這篇文章不僅幫助你掌握了環境變量的使用技巧，更讓你對 Linux 操作系統背后的邏輯有了更深的理解。

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