OS26.【Linux】进程程序替换(下)

2401_858286112025-08-26 10:31

目录

1.知识回顾

2.让exec系列函数执行自己的可执行文件

3.让exec系列函数利用bash执行shell脚本文件

写一个简单的shell脚本

使用exec系列函数调用shell脚本

4.验证exec系列函数传入了参数

5.验证exec系列函数传入了环境变量

6.给子进程传递环境变量的方法

putenv函数

自定义环境变量,彻底替换原有的环境变量

7.execve系统调用

8.从源代码说明6个exec内部都使用了execve系统调用

1.知识回顾

参见OS24.【Linux】进程等待 (下) 和 进程程序替换(上)文章

2.让exec系列函数执行自己的可执行文件

mycommand.c编译为mycommand可执行文件

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Mycommand is running ......\n");
    return 0;
}

main.c编译为main可执行文件

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    printf("即将执行execl\n");
	execl("mycommand","mycommand",NULL);//mycommand可以不用加具体的路径,因为mycommand和main在同一个目录下
	printf("execl已经执行完了\n");
    return 0;
}

编写makefile,让其生成多个可执行文件

cpp 复制代码 
.PHONY:all
all:mycommand main
mycommand:mycommand.c
    gcc -o $@ $^ -std=c99
main:main.c
    gcc -o $@ $^ -std=c99
.PHONY:clean
clean:
    rm -f mycommand main

注意: .PHONY:all和all:mycommand main是必须要加的,否则make会gcc只生成一个写在前的可执行文件(即只生成mycommand,而不生成main)

运行结果:

3.让exec系列函数利用bash执行shell脚本文件

让exec系列函数利用bash执行shell脚本文件来演示C语言调用脚本语言

写一个简单的shell脚本

新建一个shell.sh,sh是shell脚本的后缀名

脚本语言由解释器解释,因此必须在shell.sh中注明用哪个解释器解释

下面填上路径即可:

cpp 复制代码 
#! /usr/bin/bash

通过#!来设置运行shell创建一个什么样的进程来执行此脚本,而且#!可以调用任何一个解释器,例如python

然后添加要执行的命令:

cpp 复制代码 
#! /usr/bin/bash
echo "Hello World!"

检查是否能正常运行可以手动使用bash命令:

使用exec系列函数调用shell脚本

test.c写入:

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    printf("即将执行test.sh\n");
    sleep(1);
	execl("/usr/bin/bash","bash","test.sh",NULL);//注意第一个/要加!
    return 0;
}

运行结果:

当然也可以写python脚本(前提要安装python),test.sh改成:

cpp 复制代码 
#! /usr/bin/python3
print("Hello Python!")

main.c改成:

bash 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    printf("即将执行test.sh\n");
    sleep(1);
	execl("/usr/bin/python3","python3","test.sh",NULL);//注意第一个/要加!
    return 0;
}

运行结果:

结论:不同语言之间可以相互调用,因为无论是哪个语言编写的程序,其运行起来本质都是进程

4.验证exec系列函数传入了参数

编译main.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	char *const argv[]={"mycommand","-a","-b","-c",NULL};
    execv("./mycommand",argv);
    return 0;
}

编译mycommand.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
	for (int i=0;argv[i];i++)
		printf("%s\n",argv[i]);
    return 0;
}

将mycommand和main放在同一目录下,运行结果:

5.验证exec系列函数传入了环境变量

将main可执行文件中自制的环境变量传到mycommand,然后mycommand调用env命令打印

编译main.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char* argv[],char* envp[])
{
    execle("./mycommand","mycommand",NULL,envp);
    return 0;
}

编译mycommand.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char* argv[],char* envp[])
{
	execle("/usr/bin/env","env",NULL,envp);
    return 0;
}

将mycommand和main放在同一目录下,运行结果:

之前在OS22.【Linux】初识进程地址空间文章提到过:进程地址空间是含有存放命令行参数和环境变量的区域的

环境变量也是数据,创建子进程的时候,环境变量就已经被子进程(上方的main进程)继承下去了

结论:程序替换执行时,环境变量不会被替换

6.给子进程传递环境变量的方法

由于环境变量信息不随程序替换而替换,而是会一路让所有子进程继承.那么给子进程传递环境变量的方法:

  1. 新增环境变量

  2. 彻底替换

putenv函数

putenv将环境变量添加到调用进程的上下文

编译main.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
	pid_t id = fork();
	putenv("TEST=100");
    if(id < 0) 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(id == 0)//子进程
    {
        printf("子进程的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
        execlp("./mycommand","mycommand",NULL);
    }
    else//父进程得到子进程的PID
    {
		sleep(2);
        printf("父进程准备回收子进程\n");
        sleep(2);
        pid_t ret = wait(NULL);
        if(ret < 0)//返回-1等待失败
        {
            perror("wait failed");
        }
        if (ret == id) 
        {
            printf("父进程回收子进程成功,子进程的pid:%d\n", ret);
        }
        sleep(2); 
    }
    return 0;
}

编译mycommand.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	execlp("env","env",NULL);//ls没有带路径
    return 0;
}

将mycommand和main放在同一目录下,运行结果:

但bash查不到:

TEST是在./main进程下产生的,具有临时性,./main结束后,TEST也就销毁了

结论: 新增环境变量可以使用putenv,将环境变量添加到调用进程的上下文,这样就能被子进程继承

自定义环境变量,彻底替换原有的环境变量

编译main.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
	pid_t id = fork();
    if(id < 0) 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(id == 0)//子进程
    {
        printf("子进程的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
		char *const envp[]={"TEST=100",NULL};
		//彻底替换从./main那里继承而来的环境变量
		//./main的环境变量又是从bash那里继承而来的
		//bash的环境变量又是从操作系统那里继承而来的
		execle("./mycommand","./mycommand",NULL,envp);
    }
    else//父进程得到子进程的PID
    {
		sleep(2);
        printf("父进程准备回收子进程\n");
        sleep(2);
        pid_t ret = wait(NULL);
        if(ret < 0)//返回-1等待失败
        {
            perror("wait failed");
        }
        if (ret == id) 
        {
            printf("父进程回收子进程成功,子进程的pid:%d\n", ret);
        }
        sleep(2); 
    }
    return 0;
}

编译mycommand.c

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char* argv[],char* envp[])
{
	execlp("env","env",NULL);//ls没有带路径
    return 0;
}

将mycommand和main放在同一目录下,运行结果:老的环境变量被覆盖了,即彻底替换

结论:像这样execle("./mycommand","./mycommand",NULL,++envp++)的是环境变量的覆盖,不是追加,老的环境变量不在了

7.execve系统调用

上面6个函数的底层最终都调用了execve

注意到:上面6个函数位于3号手册,是库函数

而execve处于2号手册,是系统调用

8.从源代码说明6个exec内部都使用了execve系统调用

在glibc-2.42(2025-07-28发布,可以从https://ftp.gnu.org/gnu/libc/?C=M;O=A下载)源代码的posix的文件夹中,有exec系列函数和execve系统调用的源代码:

execv函数:

cpp 复制代码 
/* Execute PATH with arguments ARGV and environment from `environ'.  */
int
execv (const char *path, char *const argv[])
{
  return __execve (path, argv, __environ);
}

execl函数:

节选了关键代码

cpp 复制代码 
int execl (const char *path, const char *arg, ...)
{
    //......
    int ret = __execve (path, (char *const *) argv, __environ);
    //......
    return ret;
}
libc_hidden_def (execl)

execle函数:

节选了关键代码

cpp 复制代码 
/* Execute PATH with all arguments after PATH until a NULL pointer,
   and the argument after that for environment.  */
int execle (const char *path, const char *arg, ...)
{
  //......
  int ret = __execve (path, (char *const *) argv, (char *const *) envp);
  //......
  return ret;
}
libc_hidden_def (execle)

execvp函数:

节选了关键代码

cpp 复制代码 
/* Execute FILE, searching in the `PATH' environment variable if it contains
   no slashes, with arguments ARGV and environment from `environ'.  */
int execvp(file, argv)
const char* file;
char* const argv[];
{
	if (strchr(file, '/') != NULL)
	{
		/* Don't search when it contains a slash.  */
		__execve(file, argv, __environ);

		if (errno == ENOEXEC)
		{
			//......
			if (script_argv != NULL)
			{
				scripts_argv(file, argv, argc, script_argv);
				__execve(script_argv[0], script_argv, __environ);
				free(ptr);
			}
		}
	}
	else
	{
		//......
		do
		{
			//......
			__execve(startp, argv, __environ);
			if (errno == ENOEXEC)
			{
				//......
				__execve(script_argv[0], script_argv, __environ);
			}
			//......
		} while (*p++ != '\0');
		//......
	}
	/* Return the error from the last attempt (probably ENOENT).  */
	return -1;
}
libc_hidden_def(execvp)

execlp函数:

节选了关键代码,内部调用了execvp函数

cpp 复制代码 
/* Execute FILE, searching in the `PATH' environment variable if
   it contains no slashes, with all arguments after FILE until a
   NULL pointer and environment from `environ'.  */
int
execlp(const char* file, const char* arg, ...)
{
	//......
	int ret = execvp(file, (char* const*)argv);
	//......
	return ret;
}
libc_hidden_def(execlp)

execvpe函数:

节选了关键代码,其中weak_alias (__execvpe, execvpe)说明execvpe是__execvpe函数的别名, __execvpe调用了__execvpe_common函数,后者又调用了__execve

cpp 复制代码 
/* Execute FILE, searching in the `PATH' environment variable if it contains
   no slashes, with arguments ARGV and environment from ENVP.  */
int
__execvpe (const char *file, char *const argv[], char *const envp[])
{
  return __execvpe_common (file, argv, envp, true);
}
weak_alias (__execvpe, execvpe)

static int __execvpe_common(const char* file, char* const argv[], char* const envp[],
    bool exec_script)
{
	//......
    /* Don't search when it contains a slash.  */
    if (strchr(file, '/') != NULL)
    {
        __execve(file, argv, envp);

        if (errno == ENOEXEC && exec_script)
            maybe_script_execute(file, argv, envp);

        return -1;
    }
    //......
    for (const char* p = path; ; p = subp)
    {
        //......
        __execve(buffer, argv, envp);
		//......
    }
	//......
    return -1;
}

结论:6个exec内部都使用了execve系统调用(__execve)

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