【Linux】进程替换|exec系列函数

一、看一看单进程版的进程替换

#include
#include
#include

int main()
{
    printf("before : I am a process, pid : %d,ppid : %d\n",getpid(),getppid());

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

    printf("after : I am a process, pid : %d,ppid : %d\n",getpid(),getppid());
    
    return 0;
}
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通过代码和现象可以看出，执行了execl函数之后，其之后的代码不再被执行。
而是执行了 ls -a -l 这条指令。

二、进程替换的原理

CPU首先执行父进程的代码，打印出before语句后，接下来执行execl系统调用。

ls -a -l也是一个文件，放在磁盘中，execl将ls -a -l文件的代码和数据进行替换，把调用execl系统调用的进程的数据和代码替换掉！

替换后，execl之后的代码不再被执行。

注意：进程替换仅仅是替换掉进程的数据和代码，并没有创建新的进程。所以进程的id没有改变

补充说明：

• 1.程序替换成功后，exec 系列的函数后面的代码不会被执行。
• 2.如果程序替换失败，才有可能执行后续的代码；并且，替换成功没有返回值，替换失败才有返回值。

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三、多进程版——验证各种程序替换接口

exec系列函数

execl

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
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exec系列是进程替换的系统调用系列函数，l代表的就是list的意思。

就是链式的。

具体使用方法：

execl("/usr/bin/ls", "ls" , "-a" , "-l", NULL);
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第一个参数就是执行的命令文件所在的路径。
第二个参数往后开始，就是要执行什么命令！
平常执行的命令是这样的：ls -a -l ，现在传参给execl后，只需要把空格变成逗号即可，并在最后加上一个NULL即可！

execl第一个参数要传路径的原因：
想要执行一个程序，就必须先找到这个程序！

execlp

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
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p代表的就是PAHT环境变量。
代表的就是从自己的环境变量中查找路径。

所以，标准写法如下：

execlp("ls", "ls" , "-a" , "-l", NULL);
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这样写，不带路径，执行该函数时系统会去环境变量中查找该命令所在路径。

当然，也可以这样写：

execlp("/usr/bin/ls", "ls" , "-a" , "-l", NULL);
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这样写对编译器更好，也不用编译器自己去找了。

这里有个问题：

execlp("ls", "ls" , "-a" , "-l", NULL);
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第一个ls和第二个ls一样吗？

答案是不一样的，前面说过，要执行一个程序，必须先找到该程序。
第一个ls其实就是程序所在的路径，只不过该函数可以通过PATH环境变量帮助我们找到ls这个命令。

也就是说通过环境变量和第一个ls，就能找到ls所在的路径：/usr/bin/ls

而第二个ls是我该怎么执行ls这个命令。

总结：第一个ls是找到ls这个命令在哪，第二个ls表示的是该怎么执行ls这个命令。

execv

这里的v就代表vector，也就是顺序表。

int execv(const char *path, char *const argv[]);
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传递的第二个参数就由list变成了字符串指针数组。

核心的传参方式如下：

char* const argv[] = {"ls","-a","-l",NULL};
execv("/usr/bin/ls",argv);
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第一个参数是路径，表示操作系统需要去哪个路径下执行命令，第二个参数是字符串指针数组。经过操作系统层面，会将数组的每一个字符串提取出来传递给第一个参数。

因为一个可执行程序肯定也有main函数，也就是说将argv作为参数传给了main函数，main函数就知道怎么执行该命令了。

execvp

与execlp类似，

int execvp(const char *file, char *const argv[]);
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第一个参数传递的是文件路径，但是由于有环境变量的存在，使得CPU执行该系统调用时，不费什么劲就能找到file文件。

char* const argv[] = {"ls","-a","-l",NULL};
execvp("ls",argv);
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第一个ls表明所需要执行的指令所在路径。

tips

注意：execl函数不仅能调用系统提供的函数，还能调用用户自己的命令，也就是还能通过execl函数调用其他可执行程序。

execl("./otherExe","otherExe",NULL);
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因为不管是什么语言，都能夸语言调用！！！
因为无论是可执行程序还是脚本，本质都是进程！！！

是进程，都能进行进程进程替换，都能用exec系列函数调用！

所以可以通过该调用方法，来调用可执行程序。

验证execv可以将命令传递给其他可执行程序。

otherExe.c文件
int main(int argc,const char* argv[])
{
    int i = 0;
    for(;i<argc;i++)
    {
        printf("%s\n",argv[i]);
    }
    return 0;
}

test.c
int main()
{
    //多进程版进程替换
    char* const argv[] = {"ls","-a","-l",NULL};
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        printf("before : I am a child process, pid : %d,ppid : %d\n",getpid(),getppid());
        execvp("./otherExe",argv);

        printf("after : I am a child process, pid : %d,ppid : %d\n",getpid(),getppid());
        exit(0);
    }
    //father   
    sleep(3);
    int status;
    pid_t ret = waitpid(id,&status,WNOHANG);
    if(ret == id)
    {
        printf("wait success! wait pid is : %d \n",id);
    }   
    return 0;
}
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执行test可执行程序后，会将argv参数传递给otherExe可执行程序，然后打印出来。

总结：通过exec系列函数，可以调用其他的可执行程序。

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问题2：进程替换时，环境变量会被替换吗?

答案是并不会。

当我们在test.c中调用otherExe.c时，并没有将环境变量传递给otherExe函数。

但是通过进程替换，仍然可以看到，otherExe函数仍然可以打印出环境变量！！！

otherExe.c文件如下：

printf("这是命令行参数\n");
int i = 0;
for(;argv[i];i++)
{
    printf("%s\n",argv[i]);
}
printf("这是环境变量信息\n");

i = 0;
for(;env[i];i++)
{
    printf("%s\n",env[i]);
}
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结论：环境变量不会被进程替换给替换掉，进程替换只是替换进程的代码和数据。
环境变量会随着继承关系从父进程继承下来。
环境变量也是数据，创建子进程的时候就已经继承下来了。

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在bash进程中导入环境变量：

export xxx=xxx;
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bash中导入环境变量，同样会被子进程继承下来。

如果不想从bash中导入，而是从某一个进程中导入环境变量，则使用一个系统调用：putenv

int putenv(char *string);
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哪个进程调用该函数，就向哪个进程中导入环境变量。

此后，所有该父进程的子进程都会继承该环境变量下来。

所以，从bash开始，只要导了环境变量，越往下，环境变量会越来越多。

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execle

int execle(const char *path, const char *arg,
                  ..., char * const envp[]);
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最后一个参数是环境变量数组，也就是当前进程的环境变量表。

在库的声明中，有一个environ变量，使用该变量也能将环境变量传给execle函数。

通过调用其他可执行程序，就能打印出环境变量了。

execve

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
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同样，只是比execv多了一个参数，该参数可以传environ，也就是把当前进程的环境变量传过去即可。

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实际上，execve才是真正的系统调用，其他的exec*函数最终都是调用execve，所以execve在man手册的第二节，也就是系统调用那节，其他函数在man手册第三节。

四、总结

这篇文章重点讲解exec系列函数。