Linux操作系统~进程替换，exec系列函数的使用

目录

1.概念/原理

（1）.替换原理

（2）.子进程调用execl执行程序替换，为什么父进程不受影响？

（3）.exec*返回值

2.替换函数exec

execl

execv

execlp

execvp的（execv）

execve的参数（execle）

技：Makefile一次生成多个可执行文件

Q：为什么这里的clean要设置为伪目标？

exec系列函数总结

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上一篇文章我们创建子进程的目的:  if else 让子进程执行父进程代码的一部分

如果我想让子进程执行一个“全新的程序”呢?? ————这就需要用到进程替换

1.概念/原理

        进程替换就是指进程不变（进程的pcb，进程地址空间不变），仅仅用替换当前进程的代码和数据的技术（新程序的替换旧进程的），叫做进程的程序替换，这样就好像子进程执行了一个全新的程序。

--有没有创建新的进程呢?   答案是没有

（1）.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,该进程的代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。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。

程序替换的本质是不是就是把程序的进程代码+数据(加载进特定进程的上下文中!!

C/C++程序要运行，必须的先加载到内存中!

如何加载呢？使用加载器

加载器的底层原理就是使用exec*程序替换函数

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（2）.子进程调用execl执行程序替换，为什么父进程不受影响？

父子代码难道不是共享的吗？为什么新程序替换了子进程的代码和数据以后，父进程不受影响呢？

        因为进程是具有独立性的，进程程序替换会更改代码区的代码，此时也会发生写时拷贝，拷贝一份代码和数据给子进程，然后再将新程序中的代码和数据替换子进程中的。

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（3）.exec*返回值

        只要进程的程序替换成功，就不会执行后续代码，意味着exec*函数，成功的时候，不需要返回值检测（exec系列函数执行成功以后，原进程中的代码和数据都会被替换掉，自然也就不会执行exec*后面的代码，exec*自然也就不会返回了；如果exec*返回了，那exec系列函数一定是执行失败了。）

只要exec*返回了，就一定是因为调用失败了！

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2.替换函数exec

其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数:

#include

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[]); 

函数解释：

1. 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
2. 如果调用出错则返回-1
3. 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

命名理解

1. l(list) : 表示参数采用列表（比如execl）
2. v(vector) : 参数用数组
3. p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
4. e(env) : 表示自己维护环境变量（自己定义环境变量替代系统的环境变量）

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execl

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

• l(list) : 表示参数采用列表（比如execl）

• 第一个参数是path，填的就是你要执行的目标程序的全路径，即所在路径/文件名
• 第二个参数之后，表示的是可变参数列表，要执行目标程序在命令行上具体该怎么执行，这里参数就需要一个个传递过去（“ls” “-a”  “-l”三个参数，缺一不可），最后必须传入NULL，作为参数传递的结束。

execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l");

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execv

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

• v(vector) : 参数用数组

第一个参数和execl一样，path

第二个参数是一个指针数组，将execl中按照列表形式给出的参数放到这个数组里面。（最后需要加上NULL）

可以理解为它把这个参数数组，直接喂给了ls命令的main函数中的命令行参数数组argv

char* args[] = {"/usr/bin/ls","-al",NULL};
execvp("ls",args);

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execlp

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

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

• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

带了l所以是参数是以列表的形式给出

带了p所以第一个参数只需要给出文件名即可，在调用execlp的时候会帮我们根据环境变量PATH帮助我们找这个文件。

        要注意这两个ls的区别，第一个是指定程序/文件名，第二个ls是要在命令行上给出的参数（想要执行ls命令，ls本身也要给出）

execlp("ls", "ls", "-l");

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execvp的（execv）

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

• v(vector) : 参数用数组
• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

第一个参数只需要给文件名

第二个参数给参数数组

char* args[] = {"ls","-al",NULL};
execvp("ls",args);

execve的参数（execle）

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

• e(env) : 表示自己维护环境变量（自己定义环境变量替代系统的环境变量）

第一个参数给全路径

第二个参数给参数数组

第三个参数表示自己定义一个环境变量，然后传进来，替换系统的环境变量

自己有两个C程序，调用一个（test7）的时候运行另一个程序（to_exe）

test7:

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
 
int main()
{
    pid_t fork_id = fork();
    if(fork_id > 0)
    //父进程
    {
        cout << "this is father" << endl;
        wait(nullptr);
    }
    else
    //子进程
    {
        cout << "this is child" << endl;
        char* args[] = {"ls","-al",NULL};
        char* envp[] = {"666第一个参数","666第二个参数","666第三个参数",nullptr};
        execve("./to_exe",args,envp);
    }
    // bool a = nullptr;  //虽然报错但是对
    return 0;
}

to_exe:

        这样我们就可以在调用的另一个程序（to_exe）中使用自己定义的环境变量，打印出来，而不是系统的环境变量了。（如果直接运行to_exe，打印出来的是系统的环境变量）

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
    cout << "to_exe is running" << endl;
    extern char **environ;  //获取当前的环境变量（一个字符串数组）
    for (int i = 0; environ[i]; i++)
    {
        printf("%s\n", environ[i]);
    }
 
    printf("my exe running .... done\n");
    return 0;
}

 运行结果：

 

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技：Makefile一次生成多个可执行文件

        Makefile默认只会生成第一个文件，所以我们可以声明一个目标all，然后将我们要生成的可执行文件作为all的依赖关系即可。

Q：为什么这里的clean要设置为伪目标？

        如果当前目录下存在文件名为clean的文件时，我们在shell中执行命令make clean时，由于这个规则没有依赖文件，所以目标被认为是最新的，从而不去执行规则所定义的命令，因此命令rm将不会被执行。为了解决这个问题，删除clean文件或者是在Makefile中将目标 clean 声明为伪目标。

[zebra@VM-8-12-centos test7]$ make clean
make: `clean' is up to date.

exec系列函数总结

        这六个函数（加上execvpe一共七个）实际上只是参数上的不同，最终都是调用execve，系统给我们提供的实际上只有这一个接口，其他接口都是在此基础上封装出来的。（通过man手册也可以发现execve在man手册的2区内，表示是系统调用）

all:test7 to_exe
test7:test7.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
to_exe:to_exe.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
	rm -f test7