嵌入式Linux:子进程执行新程序

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1、execve()

2、execl()

3、execlp()

4、execle()

5、execv()

6、execvp()

7、execvpe()


在 Linux 中,子进程在创建后可以通过 exec 系列系统调用执行一个全新的程序。这种情况下,子进程会替换原有的代码和数据段,运行一个新的可执行程序,但它的进程 ID(PID)保持不变。exec 系列调用包括多个变体,常见的有 execl()execv()execle()execve() 等,它们的主要区别在于参数传递方式不同。

子进程执行新程序的流程如下:

  • 创建子进程 :使用 fork() 创建子进程。
  • 调用 exec :在子进程中调用 exec 执行新程序。
  • 替换子进程的内存映像exec 会替换子进程的整个内存空间,包括代码段、数据段、堆栈等,只保留进程的 PID 和一些特定属性。
  • 父进程继续执行 :父进程保持不变,继续执行它的代码,直到调用 wait() 等待子进程结束。

exec 系列函数通过不同的方式传递参数和环境变量,能够实现灵活的程序替换。具体函数如下:

  • execve() 是最基础的调用,允许自定义环境变量和参数。
  • execl()execv() 提供了简化接口,execl() 使用可变参数,execv() 使用参数数组。
  • execlp()execvp() 可以根据 PATH 环境变量搜索程序。
  • execle()execvpe() 提供自定义环境变量的支持。

1、execve()

execve() 是最基础的 exec 函数,所有其他 exec 系列函数都是基于它的。它直接接受路径名、参数数组和环境变量数组。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

参数如下:

  • filename:要执行的文件的路径(绝对或相对路径)。
  • argv[]:参数列表(传递给程序的命令行参数)。第一个参数通常是程序本身的名称。
  • envp[]:环境变量列表。

使用 execve() 执行 /bin/ls,传递了参数 -l 和环境变量 PATH

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};      // 参数列表
    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL};     // 环境变量
    
    printf("执行 ls 程序\n");
    
    if (execve("/bin/ls", argv, envp) == -1) {
        perror("execve error");
    }
    
    return 0;
}

2、execl()

execl()execve() 的简化版本,参数以可变长度的方式传递(列表形式)。最后一个参数必须是 (char *) NULL

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);

参数如下:

  • path:可执行文件的路径。
  • arg:程序名称后接任意数量的参数,最后以 NULL 结束。

以下例子调用 execl(),通过可变参数传递给 ls 程序。

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    printf("使用 execl 执行 ls 程序\n");
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", (char *) NULL);  // 传递可变长度参数列表
    
    // 如果 exec 调用失败,返回 -1
    perror("execl error");
    return 0;
}

3、execlp()

execlp()execl() 类似,但它不需要提供文件的完整路径。它会在 PATH 环境变量指定的目录中搜索可执行文件。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);

参数如下:

  • file:要执行的程序名(无需完整路径)。
  • arg:程序名称及其他参数,最后以 NULL 结束。

以下例中,execlp() 会根据 PATH 环境变量查找 ls 程序的路径。

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    printf("使用 execlp 执行 ls 程序\n");
    execlp("ls", "ls", "-l", (char *) NULL);  // 使用环境变量中的路径搜索 ls 程序
    
    perror("execlp error");
    return 0;
}

4、execle()

execle() 类似于 execl(),但允许传递环境变量数组。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char * const envp[] */);

参数如下:

  • path:可执行文件路径。
  • arg:程序名称及其他参数,最后以 NULL 结束。
  • envp[]:环境变量数组。

以下例子中,execle() 将自定义的环境变量传递给 ls 程序。

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL};   // 设置环境变量
    
    printf("使用 execle 执行 ls 程序\n");
    execle("/bin/ls", "ls", "-l", (char *) NULL, envp);  // 传递环境变量
    
    perror("execle error");
    return 0;
}

5、execv()

execv()execve() 的简化版本,不需要传递环境变量,只需要路径和参数数组。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execv(const char *path, char *const argv[]);

参数如下:

  • path:可执行文件的路径。
  • argv[]:参数数组。

在该例中,execv() 使用参数数组执行 ls

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 参数数组

    printf("使用 execv 执行 ls 程序\n");
    execv("/bin/ls", argv);  // 传递参数数组
    
    perror("execv error");
    return 0;
}

6、execvp()

execvp()execv() 类似,但它会根据 PATH 环境变量查找可执行文件。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

参数如下:

  • file:可执行文件的名称。
  • argv[]:参数数组。

execvp() 不要求完整路径,会自动在 PATH 中查找 ls

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 参数数组

    printf("使用 execvp 执行 ls 程序\n");
    execvp("ls", argv);  // 根据 PATH 搜索并执行程序
    
    perror("execvp error");
    return 0;
}

7、execvpe()

execvpe()execvp() 的扩展,允许传递自定义的环境变量。

函数原型如下:

cpp 复制代码
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

参数如下:

  • file:要执行的程序名称。
  • argv[]:参数数组。
  • envp[]:环境变量数组。

在以下示例中,execvpe() 使用自定义环境变量执行程序。

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 参数数组
    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL}; // 环境变量

    printf("使用 execvpe 执行 ls 程序\n");
    execvpe("ls", argv, envp);  // 使用 PATH 环境变量执行程序
    
    perror("execvpe error");
    return 0;
}

子进程执行新程序时,可以通过 exec 系列系统调用替换子进程的内存空间,执行新的二进制程序。exec 系列调用的不同变体提供了灵活的参数传递方式,适应不同场景需求。通过合理使用 fork()exec(),可以实现高效的多进程编程,确保资源的有效利用和进程的灵活控制。

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