Linux进程——exec族函数、exec族函数与fork函数的配合

郑老师的小学童2023-11-19 8:31

exec族函数解析

作用

我们用fork函数创建新进程后，经常会在新进程中调用exec函数去执行另外一个程序。当进程调用exec函数时，该进程被完全替换为新程序。因为调用exec函数并不创建新进程，所以前后进程的ID并没有改变。

功能

在调用进程内部执行一个可执行文件。可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

函数族

exec函数族分别是：execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe

函数原型

cs 复制代码 
#include <unistd.h>
extern char **environ;

int execl(const char *path, const char *arg, ...);//常用
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);//常用
int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);//常用
int execvp(const char *file, char *const argv[]);//常用
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

返回值

exec函数族的函数执行成功后不会返回，调用失败时，会设置errno并返回-1，然后从原程序的调用点接着往下执行。

参数说明

|----------|------------------------------------------------------------|
| path | 可执行文件的路径名字 |
| arg | 可执行程序所带的参数，第一个参数为可执行文件名字，没有带路径且arg必须以NULL结束 |
| file | 如果参数file中包含/，则就将其视为路径名，否则就按 PATH环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件 |

exec族函数参数极难记忆和分辨，函数名中的字符会给我们一些帮助：

|-------|----------------------------------------|
| l | 使用参数列表 |
| p | 使用文件名，并从PATH环境进行寻找可执行文件 |
| v | 先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组的地址作为这些函数的参数 |
| e | 多了envp[]数组，使用新的环境变量代替调用进程的环境变量 |

将exac函数归为带l、带p、带v三类来说明参数特点

一、带l的一类exac函数（l表示list），包括execl、execlp、execle，要求将新程序的每个命令行参数都说明为 一个单独的参数。这种参数表以空指针结尾。
1.新建一个echoarg并使用execl函数调用
cs 复制代码 
//文件17.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("before execl\n");
	if(execl("./echoarg","echoarg","hello","word",NULL) == -1)
	{
		printf("open execl failed\n");//调用execl失败会返回-1，则会执行if里的代码
		perror("why");
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}
cs 复制代码 
//文件echoarg.c
#include <stdio.h>

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

先用gcc编译echoarg.c，生成可执行文件echoarg并放在当前路径下。文件echoarg的作用是打印命令行参数。然后再调用execl，用execl 找到并执行echoarg，将当前进程main替换成进程echoarg，就会执行ehcoarg里面的代码，所以"after execl" 没有在终端被打印出来。

路径对应不上的情况：

cs 复制代码 
//文件16.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("before execl\n");
	if(execl("/bin/echoarg","echoarg","hello","word",NULL) == -1)
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");//perror函数会打印错误原因，输入内容后结尾会自动加冒号(:)并换行
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}

可见echoarg存在于当前路径并不存在于bin路径下，所以调用execl函数无法找到echoarg并执行echoarg，调用失败返回值为-1，则会继续执行if函数里的代码。

注：当前文件格式是./＋可执行文件名字，其他路径为 /其他路径/可执行文件名字

2.使用execl函数调用ls指令
cs 复制代码 
//文件18.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("before execl\n");
	if(execl("/bin/ls","ls",NULL) == -1)//不需要参数则找到并使用ls后以NULL结尾
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}
cs 复制代码 
whereis ls//查看ls的路径

可见打印完"before execl"后使用execl函数使用execl函数找到并调用date可执行文件，编译运行代码会直接显示出当前所有文件，实现功能调用。不会执行if中的代码。

3.使用execl函数调用date指令
cs 复制代码 
//文件19.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("we can use execl to know the time\n");//不需要参数则找到并使用ls后以NULL结尾
	if(execl("/bin/date","date",NULL) == -1)
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}
cs 复制代码 
date//查看系统时间

可见一开始直接用date指令可以看到系统时间，在上述代码中通过使用execl函数找到并调用date可执行文件，编译运行代码会直接显示出系统时间，实现功能调用。

二、带p的一类exac函数，包括execlp、execvp、execvpe，如果参数file中包含/，则就将其视为路径名，否则就按 PATH环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。
1.使用execlp函数调用date指令
cs 复制代码 
//文件20.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("we can use execl to know the time\n");
	if(execlp("date","date",NULL) == -1)
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}

上述代码如果调用execl函数则会调用失败，原因是没有输入可执行文件的正确路径。

而在file参数位置直接输入可执行文件名字，调用execlp函数能通过环境变量PATH查找到可执行文件date并执行。

2.环境变量PATH解读

如果使用的可执行文件在PATH里，则使用execlp函数可以不用详细描述绝对路径。

打印环境变量

cs 复制代码 
echo $PATH

修改环境变量

cs 复制代码 
export PATH=$PATH:/home/CLC/Linux1
//通过pwd查看执行文件的路径并将其添加进环境变量PATH路径

修改完毕后结果是：运行/hone/CLC/Linux1下的可执行文件不需要加./便可直接运行

在当前Linux1文件下运行可执行文件不需要加./，使用cd回到目录文件夹也是输出结果一样

三、带v不带l的一类exac函数，包括execv、execvp、execve，应先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组的地址作为这些函数的参数。

如char *arg[]这种形式，且arg最后一个元素必须是NULL，例如char *arg[] = {"ls",NULL};

1.execvp

cs 复制代码 
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("we can use execl to know the time\n");
	char *agrv[] = {"ls",NULL};//定义一个指针数组
	if(execvp("ls",agrv) == -1)//将指针数组的地址作为参数
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execl\n");
	return 0;
}

定义一个指针数组并将其地址作为execvp函数后面的参数，同时要以NULL结尾，便可以找到并执行ls可执行文件。同时file参数位置可直接输入可执行文件名字，不需要加路径。

2.execv

cs 复制代码 
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("before execv\n");
	char *agrv[] = {"date",NULL};
	if(execv("/bin/date",agrv) == -1)
	{
		printf("open execl failed\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execvp\n");
	return 0;
}

跟execvp一样需要定义一个指针数组并将其地址作为参数部分，但需要加上可执行文件路径名字，date在bin下，所以需要加上/bin/才能正确使用execv函数找到并执行date可执行文件。

exec族函数与fork函数的配合

流程图如下：

当父进程检测到输入为1的时候，创建子进程把配置文件的字段值修改掉。

代码如下：

cs 复制代码 
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
        int a= 0;
        int fork_r=0;
        while(1)
        {
                printf("please input a num\n");
                scanf("%d",&a);
                if(a==1)//输入为1，创建子进程
		        {
                        fork_r=fork();
                        if(fork_r==0)//返回值为两次，等于0为子进程
			            {
               			    execl("./changeData","changeData",NULL);
                            //找到并执行changeData
                        }
                }
                else
		        {
                        printf("no change success\n");
                }
        }
        return 0;
}

上述代码调用execl函数找到并执行的changeData函数如下

cs 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc,char **argv)
{
	int fdSrc;

	char *readBuf = NULL;

	fdSrc = open("config",O_RDWR);
	int size = lseek(fdSrc,0,SEEK_END);
        lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);

	readBuf = (char* )malloc(sizeof(char)*size + 8);

	int n_read = read(fdSrc,readBuf,size);
	
	char *p = strstr(readBuf,"leng=");
	if(p == NULL)
	{
		printf("not found\n");
		exit(-1);
	}
	p = p+strlen("leng=");
	*p = '9';
	lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);
	int n_write = write(fdSrc,readBuf,strlen(readBuf));

	close(fdSrc);

	return 0;
}

编译格式是：

cs 复制代码 
gcc changeData.c -o changeData//-o后面的可执行文件才能被execl调用

原配置文件config的值如下：

cs 复制代码 
peed=5
leng=1
SCORE=90
LEVEL=95

只有当输入的值为1时，才会创建子进程并使用execl函数找到并执行changeData可执行文件，从而将原配置文件config中"leng=1"改成"leng=9"。

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