Linux系统编程——进程替换：exec 函数族

Posted 2020-09-22 lytwajue

在 Windows 平台下，我们能够通过双击运行可运行程序，让这个可运行程序成为一个进程。而在 Linux 平台。我们能够通过 ./ 运行，让一个可运行程序成为一个进程。

可是。假设我们本来就执行着一个程序（进程）。我们怎样在这个进程内部启动一个外部程序，由内核将这个外部程序读入内存。使其执行起来成为一个进程呢？这里我们通过 exec 函数族实现。

exec 函数族。顾名思义，就是一簇函数，在 Linux 中，并不存在 exec() 函数，exec 指的是一组函数，一共同拥有 6 个：

[cpp] view plaincopy

1. #include <unistd.h>  
2. int execl(const char *path, const char *arg, ...);  
3. int execlp(const char *file, const char *arg, ...);  
4. int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);  
5. int execv(const char *path, char *const argv[]);  
6. int execvp(const char *file, char *const argv[]);  
7. int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);  

当中仅仅有 execve() 是真正意义上的系统调用。其他都是在此基础上经过包装的库函数。

exec 函数族提供了六种在进程中启动还有一个程序的方法。exec 函数族的作用是依据指定的文件名称或文件夹名找到可运行文件，并用它来代替调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部运行一个可运行文件。

进程调用一种 exec 函数时，该进程全然由新程序替换，而新程序则从其 main 函数開始运行。由于调用 exec 并不创建新进程，所以前后的进程 ID （当然还有父进程号、进程组号、当前工作文件夹……）并未改变。exec 仅仅是用还有一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段（进程替换）。

exec 函数族的 6 个函数看起来似乎非常复杂。但实际上不管是作用还是使用方法都非常相似，仅仅有非常微小的区别。

l(list)：參数地址列表。以空指针结尾。

v(vector)：存有各參数地址的指针数组的地址。

p(path)：按 PATH 环境变量指定的文件夹搜索可运行文件。

e(environment)：存有环境变量字符串地址的指针数组的地址。

exec 函数族装入并执行可执行程序 path/file，并将參数 arg0( arg1, arg2, argv[], envp[] ) 传递给此程序。

exec 函数族与一般的函数不同，exec 函数族中的函数运行成功后不会返回。并且，exec 函数族以下的代码运行不到。

仅仅有调用失败了，它们才会返回 -1，失败后从原程序的调用点接着往下运行。

excel代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("before exec\n\n");
	
	/* /bin/ls：外部程序，这里是/bin文件夹的 ls 可运行程序，必须带上路径（相对或绝对）
	   ls：没有意义，假设需要给这个外部程序传參，这里必需要写上字符串，至于字符串内容随意
	   -a，-l，-h：给外部程序 ls 传的參数
	   NULL：这个必须写上，代表给外部程序 ls 传參结束
	*/
	execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);
	
	// 假设 execl() 运行成功。以下运行不到，由于当前进程已经被运行的 ls 替换了
	perror("execl");
	printf("after exec\n\n");
	
	return 0;
}

执行结果：

execv()演示样例代码：

execv() 和 execl() 的使用方法基本是一样的，无非将列表传參。改为用指针数组。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	// execv() 和 execl() 的使用方法基本是一样的，无非将列表传參，改为用指针数组
	// execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);
	
	/* 指针数组
	   ls：没有意义，假设需要给这个外部程序传參，这里必需要写上字符串，至于字符串内容随意
	   -a。-l，-h：给外部程序 ls 传的參数
	   NULL：这个必须写上，代表给外部程序 ls 传參结束
	*/
	char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};
	
	// /bin/ls：外部程序。这里是/bin文件夹的 ls 可运行程序。必须带上路径（相对或绝对）
	// arg： 上面定义的指针数组地址
	execv("/bin/ls", arg);
	
	perror("execv");
		
	return 0;
}

execlp() 或 execvp() 演示样例代码：

execlp() 和 execl() 的差别在于，execlp() 指定的可运行程序能够不带路径名，假设不带路径名的话，会在环境变量 PATH指定的文件夹里寻找这个可运行程序。而 execl() 指定的可运行程序，必须带上路径名。

[cpp] view plaincopy

1. #include <stdio.h>  
2. #include <unistd.h>  
3.   
4. int main(int argc, char *argv[])  
5. {  
6.     // 第一个參数 "ls"，没有带路径名。在环境变量 PATH 里寻找这个可运行程序  
7.     // 其他參数使用方法和 execl() 一样  
8.     execlp("ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);  
9.       
10.     /* 
11.     char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL}; 
12.     execvp("ls", arg); 
13.     */  
14.       
15.     perror("execlp");  
16.       
17.     return 0;  
18. }  

execle() 或 execve() 演示样例代码：

execle() 和 execve() 改变的是 exec 启动的程序的环境变量（仅仅会改变进程的环境变量。不会影响系统的环境变量），其它四个函数启动的程序则使用默认系统环境变量。

execle()演示样例代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> // getenv()

int main(int argc, char *argv[])
{
	// getenv() 获取指定环境变量的值
	printf("before exec：USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));
	
	// 指针数据
	char *env[]={"USER=EDU", "HOME=/tmp", NULL};
	
	/* ./edu：外部程序，当前路径的 edu 程序。通过 gcc edu.c -o edu 编译
		edu：这里没有意义
		NULL：给 edu 程序传參结束
		env：改变 edu 程序的环境变量，正确来说，让 edu 程序仅仅保留 env 的环境变量
	 */
	execle("./edu", "edu", NULL, env);
	
	/*
	char *arg[]={"edu", NULL};		
	execve("./edu", arg, env);	
	*/
	
	perror("execle");
	
	return 0;
}

外部程序，edu.c 演示样例代码：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("\nin the edu fun, after exec: \n");
	printf("USER=%s\n", getenv("USER"));
	printf("HOME=%s\n", getenv("HOME"));
	
	return 0;
}

执行结果：