Linux：进程替换（进程控制四）

在了解完进程等待之后，你是否思考过一个问题，我们如果想在一个进程里面执行其他的进程，该怎么办呢，等我们今天学习了进程替换，我们就会有结果啦

1.替换原理

⽤fork创建⼦进程后执⾏的是和⽗进程相同的程序(但有可能执⾏不同的代码分⽀),⼦进程往往要调⽤⼀ 种 exec 函数以执⾏另⼀个程序。当进程调⽤⼀种 exec 函数时,该进程的⽤⼾空间代码和数据完全被 新程序替换,从新程序的启动例程开始执⾏。调⽤ exec 并不创建新进程,所以调⽤ exec 前后该进程 的 id 并未改变（我们后面将用实验验证这个）

2.替换函数

其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数

#include <unistd.h>
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

3.函数解释

1.execl函数(着重讲这个，其他的和这个几乎类似)

我们创建一个新的目录，下面提供code.c与Makefile函数

Makefile:

code : code.c
	gcc code.c -o code 
.PHONY : clean
clean :
	rm code

code.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行结果如上，为什么只有start没有end呢？

这是因为一旦程序替换成功，就会执行新代码，后半部分就没了，所以execl是覆盖式的，会将后面的所有数据替换为execl的进程数据

这是一个最简单的函数啦，对于execl我们来查看一下man里面的定义

这里...采用了c语言里面的可变参数列表，最后以NULL结束

那具体的参数该怎么传入呢，下面给一份图：

通俗易懂，前面写路径，后面命令行就怎么写你就怎么写，最后加一个NULL结尾

对于返回值，exec*函数，只有失败返回值，如下图

可是我们有一个问题，我不想让这个进程将我的原始进程给破坏掉，我想达到的效果是都执行，那该怎么办呢？--子进程来帮助我们，我们创造一个子进程(fork)，让子进程执行我们需要替换的进程，父进程等待接收子进程就可以啦，这样完成了两个都实现

下面对code.c的代码进行修改

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行一下

完美实现了我们想要的功能

现在我们来提问一下，为什么子进程对父进程没有影响呢？？

答：因为进程具有独立性

我们不经会提出另一个问题，子进程不是和父进程共享数据与代码吗，这里执行execl不是会对代码数据进行覆盖吗，为什么父进程没有事情呢？？

答：写实拷贝，对的，写实拷贝直接将父进程的代码数据拷贝给了子进程，直接解决了这个问题

我们之前讲过一切可运行的皆是进程，那么是不是可以使用exec*来运行所有的进程呢，比如java的，c++等等的进程？

答：是的，都可以！

下面我们创建一个other.cc文件，并且编译他形成可执行文件，将code.c也更改一下

other.cc:

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "hello c++" << std::endl;
    return 0;
}

code.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        execl("./other", "./other", NULL);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行结果：

同理其他就不演示了

回到我们最开始的一个问题，我们通过实验来验证原进程与execl覆盖之后的进程是同一个进程，如果他们两个pid相同，就可以证明这个了

下面我们将code.c与other.cc再次进行修改

other.cc:

#include <iostream>
#include <unistd.h>

int main()
{
    std::cout << "我是execl之后的进程，我的pid : "  << getpid() << std::endl;
    return 0;
}

code.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        printf("我是原进程，我的pid : %d\n", getpid());
        execl("./other", "./other", NULL);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行结果:

证明了，前后是同一个进程！！

2.execlp:

看名字就是比execl多一个p,那这个p是什么意思呢，其实就是PATH(环境变量)的意思，说明只需告诉文件名就行，不需要告诉路径，因为他自己会去环境变量PATH路径中查找

code.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        //printf("我是原进程，我的pid : %d\n", getpid());
        //execl("./other", "./other", NULL);
        execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行成功

3.execv:

与execl类似，将l换为了v，其实我们可以将l理解为list，传入的是参数列表，像List一样一个一个链接起来，而v可以理解为vector，将命令行参数表用一个指针数组存放起来

code.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        //printf("我是原进程，我的pid : %d\n", getpid());
        //execl("./other", "./other", NULL);
        //execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
        char* const argv[] ={ (char* const)"ls", (char* const)"-l", (char* const)"-a", NULL };
        execv("/usr/bin/ls", argv);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

运行结果如下：

4.execvp

字面意思就是不需要传入完整路径，只需要传入"ls"，就可以自己去环境变量PATH里面寻找

5.execvpe

多了一个e，那么e是什么呢，其实e是环境变量

code.c：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("main start!\n");
    if(fork() == 0)
    {
        //printf("我是原进程，我的pid : %d\n", getpid());
        //execl("./other", "./other", NULL);
        //execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
        char* const argv[] ={ (char* const)"ls", (char* const)"-l", (char* const)"-a", NULL };
        char* const env[] = { (char* const)"MYENV=123456", NULL };
        //execv("/usr/bin/ls", argv);
        execvpe("./other", argv, env);
        exit(1);
    }
    waitpid(-1, NULL, 0);
    printf("main end()!\n");
    return 0;
}

other.cc:

#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[], char* env[])
{
    //std::cout << "我是execl之后的进程，我的pid : "  << getpid() << std::endl;
    for (int i = 0; i < argc; i++)
    {
        cout << "argv[" << i << "] : " << argv[i] << endl;
    }
    for (int i = 0; env[i]; i++)
    {
        cout << "env[" << i << "] : " << env[i] << endl;;
    }
    return 0;
}

运行结果：

要是我们想在原有的环境变量(系统默认的环境变量)中加入MYENV而不是自己覆盖式的写一个呢

上面的两种办法(一个是循环，一个是直接使用execvp)

4.各个函数的汇总信息与区别

函数名	参数格式	是否带路径	是否使用当前环境变量
execl	列表	不是	是
execlp	列表	是	是
execle	列表	不是	不是，须自己组装环境变量
execv	数组	不是	是
execvp	数组	是	是
execve	数组	不是	不是，须自己组装环境变量

5.execve函数

如果我们使用man，就会发现其他的都是man 3，而只有execve是man 2
事实上,只有 execve 是真正的系统调⽤,其它五个函数最终都调⽤ execve ,所以 execve 在 man
⼿册 第2节,其它函数在 man ⼿册第3节。这些函数之间的关系如下图所⽰。
下图exec函数簇 ⼀个完整的例⼦:

好啦，这就是今天的博博客啦，大家有问题的评论区提问哦~~