Linux进程控制--程序替换

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。

替换函数

有6中以exec开头的函数，统称exec函数：

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

• 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
• 如果调用出错则返回-1
• 所以exec*函数只有出错的返回值没有成功的返回值

命名理解

我们发现这些函数的名字都差不多，之后后面几个字母不一样

• l(list)：表示参数采用列表方式
• v(vector)：参数采用数组方式
• p(path)：有p的就会自动搜索环境变量PATH
• e(env)：表示自己维护环境变量

exec调用举例

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
  if(fork()==0)
  {
   // 带路径的列表参数类型的程序替换函数
   // execl("/usr/bin/ls","ls","-a",NULL);
   
    // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
   // execlp("ps", "ps","-ajx",NULL);

    // 带e的，需要自己组装环境变量
     char* const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin","TERM=console", NULL};
   //    execle("/bin/ps","ps", "-ef", NULL,envp);
   
   // 带v的，表示传参的方式是以数组的方式传参
      char* const argv[] = { "ls", "-l", NULL };
   //  execv("/usr/bin/ls", argv);
      
   //  带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
   //   execvp("ls", argv);

   //  带e的，需要自己组装环境变量
      execve("/bin/ls", argv, envp);
      
  }

  printf("father!!\n");
  return 0;
}
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综合练习–简易shell

当我们在命令行输入ls时就会显示出当前路径下的文件和目录的信息

那么我们使用程序替换函数来简易的实现一个shell

如下图的时间轴来表示事件发生的次序，其中时间从左向右。shell由标识为bash的方块代表。shell建立一个新的进程，然后在那个进程中运行ls程序并等待那个进程结束。

所以要写一个shell，需要循环以下过程：

1. 获取命令 行
2. 解析命令行
3. 建立一个子进程（fork）
4. 替换子进程（exec*）
5. 父进程等待子进程退出（wait）

代码实现

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

#define NUM 128
#define CMD_NUM 64

int main()
{
  char command[NUM];
  for( ; ; ) // 死循环
  {
    char *argv[CMD_NUM] = {NULL}; // 维护数组
    command[0] = '\0'; // 用这种方式，可以做到O(1)时间复杂度，清空字符串
    printf("[tpm@myhostname mydir]# ");
    fflush(stdout); // 刷新标准输出
    // 2. 获取命令字符串
    fgets(command, NUM, stdin); // 从标准输入获取数据到command
    command[strlen(command) - 1] = '\0'; // 去掉\n

    // "ls -a -l\0"
    const char *sep=" "; // 设置分割符
    argv[0] = strtok(command, sep);
    int i = 1;
    while(argv[i] = strtok(NULL, sep))
    {
      ++i;
    }

    // 检测命令是否需要shell本身执行的，内建命令
    if(strcmp(argv[0],"cd") == 0)
    {
      if(argv[1] != NULL)
      {
        chdir(argv[1]); // 将调用进程的当前工作目录更改为 path中指定的目录
      }
      continue;
    }

    // 5.  执行第三方命令
    if(fork() == 0)
    {
      // child
      execvp(argv[0],argv);
      exit(1);
    }

    // 父进程等待子进程退出
    int status = 0;
    waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞等待
    printf("exit code:%d\n", (status >> 8)&0xff);

  }

  return 0;
}
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