【Linux进程控制】进程程序替换

目录

进程程序替换

替换函数

看现象

替换原理

多进程替换

exec*函数使用（部分），并且认识函数参数的含义

1.execl

2.execv

3.execvp

4.execvpe

execlp 和execlpe

替换函数总结

进程程序替换

替换函数

有六种以exec开头的函数，统称exec函数：

EXEC(3)                  Linux Programmer's Manual                 EXEC(3)

NAME
       execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe - execute a file

SYNOPSIS
       #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 execvpe(const char *file, char *const argv[],
                   char *const envp[]);

   Feature Test Macro Requirements for glibc (see feature_test_macros(7)):

       execvpe(): _GNU_SOURCE

看现象

测试代码：

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

int main(){
  printf("testexec ... begin!\n");
  
  execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);

  printf("testexec ... end!\n");
  return 0;
}

结果：

[wuxu@Nanyi lesson17]$ ./test
testexec ... begin!
total 56
drwxrwxr-x  2 wuxu wuxu 4096 Aug 25 15:18 .
drwx------ 11 wuxu wuxu 4096 Aug 24 19:49 ..
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu    1 Aug 25 15:14 myprocess
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  182 Aug 25 15:18 myprocess.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu 1809 Aug 24 21:34 task.c
-rwxrwxr-x  1 wuxu wuxu 8416 Aug 25 15:18 test
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  366 Aug 24 20:02 test1.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  934 Aug 24 20:16 test2.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  501 Aug 24 20:33 wait1.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  583 Aug 24 20:56 wait2.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  469 Aug 24 20:58 wait3.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu 1407 Aug 24 21:24 wait4.c

通过观察我们发现：

◉ 第一个printf执行了

◉ ls命令被执行了

◉ 最后一个printf没有被执行

说明程序在execl被ls替换了，替换也是完完全全的，并不会执行后面的代码

替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动历程开始执行。调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变

站在被替换进程的角度：本质就是这个程序被加载到内存了；如何加载？exec*类似于一种Linux上的加载函数

多进程替换

fork创建子进程，让子进程自己去替换

创建子进程目的是让子进程完成任务：1️⃣ 让子进程执行父进程代码的一部分 2️⃣ 让子进程执行一个全新的程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
  printf("testexec ... begin!\n");

  pid_t id = fork();
  if(id == 0){
    printf("child pid: %d\n", getpid());
    sleep(2);
    execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    exit(1);
  }
    // fahter
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
  printf("testexec ... end!\n");
  return 0;
}

[wuxu@Nanyi lesson17]$ gcc -o test myprocess.c -std=c99
[wuxu@Nanyi lesson17]$ ./test
testexec ... begin!
child pid: 8233
total 56
drwxrwxr-x  2 wuxu wuxu 4096 Aug 25 16:29 .
drwx------ 11 wuxu wuxu 4096 Aug 24 19:49 ..
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu    1 Aug 25 15:14 myprocess
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  540 Aug 25 16:29 myprocess.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu 1809 Aug 24 21:34 task.c
-rwxrwxr-x  1 wuxu wuxu 8720 Aug 25 16:29 test
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  366 Aug 24 20:02 test1.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  934 Aug 24 20:16 test2.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  501 Aug 24 20:33 wait1.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  583 Aug 24 20:56 wait2.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu  469 Aug 24 20:58 wait3.c
-rw-rw-r--  1 wuxu wuxu 1407 Aug 24 21:24 wait4.c
father wait success, child exit code: 0
testexec ... end!

原理如图：即便是父子，也要保证独立性

exec*函数使用（部分），并且认识函数参数的含义

1.execl

函数原型，在前面我们已经使用过了，这里不过多介绍。关于exec*函数，我们不考虑它的返回值

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

这里的 l 可以理解为list，path传入绝对路径，arg可变参数，依次传入命令，以及你想执行的指令，最后一个必须为NULL

2.execv

函数原型：

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

这里的 v 可以理解为vector，argv是一个指针数组，我们直接来使用

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    printf("testexec ... begin!\n");
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        printf("child pid: %d\n", getpid());
        sleep(2);
        char *const argv[] = 
        {
            (char*)"ls",
            (char*)"-l",
            (char*)"-a",
            (char*)"--color",
            NULL
        };
        execv("/usr/bin/ls", argv);
        exit(1);
    }

    // fahter
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    printf("testexec ... end!\n");
    return 0;
}

3.execvp

函数原型：

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

用户可以不传要执行的文件的路径（但是文件名要传），直接告诉exec*，我要执行谁都行

p：查找这个程序，系统会自动在环境变量PATH中进行查找

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    printf("testexec ... begin!\n");
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        printf("child pid: %d\n", getpid());
        sleep(2);
        char *const argv[] = 
        {
            (char*)"ls",
            (char*)"-a",    
            (char*)"--color",
            NULL
        };
        execvp("ls",argv);
        exit(1);
    }

    // fahter
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    printf("testexec ... end!\n");
    return 0;
}

4.execvpe

函数原型：

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

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    printf("testexec ... begin!\n");
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
      printf("child pid: %d\n", getpid());
        sleep(2);
        char *const argv[] = 
        {
            (char*)"ls",
            (char*)"-a",    
            (char*)"--color",
            NULL
        };

        extern char** environ;
        execvpe("ls",argv,environ);
        exit(1);
    }

    // fahter
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    printf("testexec ... end!\n");
    return 0;
}

execlp 和execlpe

方法与上面相同，就不再一一介绍了

替换函数总结

上面各个接口统称为加载器，它们为即将替换进来的可执行程序加载入参数列表、环境变量等信息。下面我们使用execvpe接口给自定义可执行程序传入命令行参数及环境变量，该可执行程序将会把命令行参数及环境变量打印至显示器

myprogma.cc：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

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

    cout << "hello C++, I am a C++ program! : " << getpid() << endl;
    cout << "hello C++, I am a C++ program! : " << getpid() << endl;
    cout << "hello C++, I am a C++ program! : " << getpid() << endl;
    cout << "hello C++, I am a C++ program! : " << getpid() << endl;

    return 0;
}

 testfin.c：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
  printf("testexec ... begin! \n");
  pid_t id = fork();

  if(id == 0){
    putenv("HHHH=111111111111111111");
       // 我的父进程本身就有一批环境变量！！！, 从bash来
    char *const argv[] = 
    {
      (char*)"mypragma",
      (char*)"-a",
      (char*)"-b",

      NULL
     };

    extern char** environ;
    printf("child pid: %d \n",getpid());
    sleep(2);
   // execvpe("./myprogma",argv,environ);
    execl("/usr/bin/python3","python3","test.py",NULL);
    
    exit(1);

  }


  //father
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
  if(rid > 0){
    printf("father wait success, child exit code : %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }

  printf("testexec ... end!\n");
  return 0;
}

test.py

print("hello python")
print("hello python")
print("hello python")
print("hello python")
print("hello python")

test.sh:

cnt=0
while [ $cnt -le 10 ]
do
    echo "hello shell, cnt: ${cnt}"
    let cnt++
  done

编译运行：

其他几个例子也就不一一测试了

下图exec函数族一个完整的例子：