Linux 进程exec族函数详解

Posted 2021-01-25 xuelisheng

exec族的组成：

在Linux中，并不存在一个exec()的函数形式，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：

#include <unistd.h>

extern char **environ;

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

int execv(const char *path, char *const argv[]);

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。

 

exec族函数的作用：

exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只留下进程ID等一些表面上的信息仍保持原样，颇有些神似"三十六计"中的"金蝉脱壳"。看上去还是旧的躯壳，却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了，它们才会返回一个-1，从原程序的调用点接着往下执行。

现在我们应该明白了，Linux下是如何执行新程序的，每当有进程认为自己不能为系统和用户做出任何贡献了，他就可以发挥最后一点余热，调用任何一个exec，让自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情况是，如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork出一个新进程，然后调用任何一个exec，这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。

事实上第二种情况被应用得如此普遍，以至于Linux专门为其作了优化，我们已经知道，fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种"写时拷贝（copy-on-write）"技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容，而是到了真正实用的时候才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会白白作无用功了，也就提高了效率。

 

 

exec函数族关系：

事实上，这6个函数中真正的系统调用只有execve，其他5个都是库函数，它们最终都会调用execve这个系统调用，调用关系如下图所示：

 

 

 exec函数族使用举例：

1 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  2 #include <config.h>
  3 #endif
  4 
  5 #include <stdio.h>
  6 #include <stdlib.h>
  7 #include <unistd.h>
  8 #include <string.h>
  9 #include <errno.h>
 10 
 11 int main(int argc, char *argv[])
 12 {
 13   //以NULL结尾的字符串数组的指针，适合包含v的exec函数参数
 14   char *arg[] = {"ls", "-a", NULL};
 15   
 16   /**
 17    * 创建子进程并调用函数execl
 18    * execl 中希望接收以逗号分隔的参数列表，并以NULL指针为结束标志
 19    */
 20   if( fork() == 0 )
 21   {
 22     // in clild 
 23     printf( "1------------execl------------
" );
 24     if( execl( "/bin/ls", "ls","-a", NULL ) == -1 )
 25     {
 26       perror( "execl error " );
 27       exit(1);
 28     }
 29   }
 30   
 31   /**
 32    *创建子进程并调用函数execv
 33    *execv中希望接收一个以NULL结尾的字符串数组的指针
 34    */
 35   if( fork() == 0 )
 36   {
 37     // in child 
 38     printf("2------------execv------------
");
 39     if( execv( "/bin/ls",arg) < 0)
 40     {
 41       perror("execv error ");
 42       exit(1);
 43     }
 44   }
 45   
 46   /**
 47    *创建子进程并调用 execlp
 48    *execlp中
 49    *l希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
 50    *p是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
 51    */
 52   if( fork() == 0 )
 53   {
 54     // in clhild 
 55     printf("3------------execlp------------
");
 56     if( execlp( "ls", "ls", "-a", NULL ) < 0 )
 57     {
 58       perror( "execlp error " );
 59       exit(1);
 60     }
 61   }
 62   
 63   /**
 64    *创建子里程并调用execvp
 65    *v 望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
 66    *p 是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
 67    */
 68   if( fork() == 0 )
 69   {
 70     printf("4------------execvp------------
");
 71     if( execvp( "ls", arg ) < 0 )
 72     {
 73       perror( "execvp error " );
 74       exit( 1 );
 75     }
 76   }
 77   
 78   /**
 79    *创建子进程并调用execle
 80    *l 希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
 81    *e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
 82    */
 83   if( fork() == 0 )
 84   {
 85     printf("5------------execle------------
");
 86     if( execle("/bin/ls", "ls", "-a", NULL, NULL) == -1 )
 87     {
 88       perror("execle error ");
 89       exit(1);
 90     }
 91   }
 92   
 93   /**
 94    *创建子进程并调用execve
 95    * v 希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
 96    * e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
 97    */
 98   if( fork() == 0 )
 99   {
100     printf("6------------execve-----------
");
101     if( execve( "/bin/ls", arg, NULL ) == 0)
102     {
103       perror("execve error ");
104       exit(1);
105     }
106   }
107   return EXIT_SUCCESS;
108 }

运行结果：

1------------execl------------
.  ..  .deps  exec  exec.o  .libs  Makefile
2------------execv------------
.  ..  .deps  exec  exec.o  .libs  Makefile
3------------execlp------------
.  ..  .deps  exec  exec.o  .libs  Makefile
4------------execvp------------
.  ..  .deps  exec  exec.o  .libs  Makefile
5------------execle------------
.  ..  .deps  .libs  Makefile  exec  exec.o
6------------execve-----------
.  ..  .deps  .libs  Makefile  exec  exec.o

 

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