Linux下的进程控制-进程程序替换

这篇主要说一下Linux下的进程控制中最后一部分内容：进程程序替换。

1. 进程程序替换

1.1 为什么要进程程序替换

我们知道：子进程一般执行的是父进程的代码片段。但是如果我们想让创建出来的子进程去执行其它的程序呢？我们就需要进程程序替换！！！

我们一般在服务器设计(Linux编程)的时候，往往需要子进程干两件种类的事：
1.让子进程执行父进程的代码片段(服务器代码)
2.让子进程执行磁盘中一个全新的程序(shell，想让客户端执行对应的程序，通过我们的进程执行其他人写的进程代码等等)。

1.2 替换原理

这是我们父进程在运行时，把磁盘中可执行程序中的代码和数据加载到内存中。当我们父进程fork后。子进程的PCB和虚拟内存以父进程为模板，代码共享父进程的，数据也以写时拷贝的方式共享。

此时，在磁盘中有个新的程序，让子进程数据和代码不在和父进程共享。让子进程去执行这个新文件。这样子进程的页表会进行更新指向新的代码段和数据段。

替换原理：
1.将磁盘中的程序，加载入内存结构。
2.重新建立页表映射，谁执行程序替换，就重新建立谁的映射。
效果：让父子进程彻底分离，并让子进程执行一个全新的程序。在这里也并没有产生新的进程。

1.3 如何进行程序替换

因为我们是从磁盘加载到内存，一个硬件把数据转移到另外一个硬件中，这个工作是由操作系统完成的，所以我们需要一个系统函数来完成。在Linux云服务器上由7个程序替换函数。

1.3.1 execl函数

我们先来看一个最简单的：

这三个点叫做可变参数：它的作用是按照用户的意愿传入大小或者数量不等的各个参数。

那么，如果我们想执行一个全新的程序，我们需要做几件事情呢？
1. 先找到这个程序在哪里？
2. 程序是怎么执行的？是带选项执行，还是不带选项执行？

那么，这个execl函数第一个参数的意思是：就是传入程序的路径，第二个传入的就是你程序是如何来执行的(命令行怎么写，这个参数就怎么填)，最后必须是NULL，标识如何执行程序的参数传递完毕。

现在我们写一个最简单的例子：


在OS中，命令也是一个程序，我们来运行一下：

我们可以从结果看到：它这里执行了ls -a -l这个命令。我们再来看一个：

这个不带选项的。我们运行一下：

它也执行了pwd这个命令。但是大家有没有发现一个问题：它第二个打印没有进行。
原因是：一旦替换成功，是将当前的代码和数据全部替换了。所以，后面的printf已经被替换了，该代码已经不存在了。

那么我们看这个函数的返回值有什么用呢？要不要判断返回值呢？
答案是：不需要。因为当替换成功了，就不会有返回值了，它就执行其它的代码了，你的返回值没有任何作用。而失败的时候，必然会继续向后执行，最多通过得到什么原因导致的替换失败！！！

我们可以用一个失败的来运行一下：

这里我们是没有这个命令的。

1.3.2 引入子进程的程序替换

看下面的代码：

运行一下：

子进程进行程序替换，会不会影响父进程?
答案是：不会的。因为进程的独立性。
那么它是如何做到的呢？
原因是：当程序替换时，我们可以理解为：代码和数据都发生了写时拷贝完成父子的分离。

1.3.3 execv函数

这个函数也是程序替换函数。第一个参数是：程序的路径。第二个参数：如何执行。
它和execv的区别就是它是一个指针数组。execl是一个一个传参数，而这个是把参数放到数组里，然后传这个数组。

举个例子：

运行结果如下：

1.3.4 execlp函数和execvp函数

这里的第一个参数有什么含义呢？它和execl有什么区别呢？
它第一个参数传的是你要执行什么程序，但是execl需要我们写路径，而这个execlp不需要我们写路径，直接写程序名就行了。因为它是默认在PATH下去寻找的。

举个例子：

我们来看一下运行结果：

那么execvp也是一样的道理，这里就不多说了。

1.3.5 如何执行其它语言的程序

目前我们执行的都是系统命令，如果要执行自己写的C/C++程序，或者执行其它语言写的程序呢？
我们写一个C++的程序：

我们要形成两个可执行程序，让其中一个可执行程序去执行另外一个可执行程序：

但是我们来运行一下：

但是我们只能执行第一个，因为makefile默认执行一个可执行程序。我们需要这样写：

这样我们就可以一下形成两个可执行程序：

然后看一下我们写的程序：

这里用相对路径也可以，只要能找到它就行了：

然后，我们看一下运行结果：

成功的用myexec执行了mycmd。

1.3.6 execle函数

这里的第三个参数是：环境变量的意思。

举个例子：

这里我们写了一个系统里的环境变量PATH，和一个我们自己写的环境变量MYPATH(系统里没有)。

这样就是我们自己写了一个环境变量，然后调用这个函数时导入。然后我们看一下运行结果：

我们看到什么都没有打印，我们把PATH先注释掉：

然后看运行结果：

我们看到它把MYPATH打印出来了。原因是：添加环境变量给目标进程，是覆盖式的。
那么我们该如何解决这个问题呢？

我们这里使用环境变量的指针来传入。

因为系统里没有MYPATH环境变量，所以我们要export设置一下。

这样就都能打印出来了。

1.3.7 execve函数和execvpe函数

那么execvpe我就不多说了，就是把上面的结合起来就行了。

那么现在就出现一个问题：为什么execve是单独的？
原因是：execve是系统接口，而其余6个是对系统接口的封装。这样做的原因就是适配各种应用场景。

这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记：