Linux系統編程——進程替換：exec 函數族

本文轉載自：http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46004367

在 Windows 平臺下，我們可以通過雙擊運行可執行程序，讓這個可執行程序成爲一個進程；而在 Linux 平臺，我們可以通過 ./ 運行，讓一個可執行程序成爲一個進程。

但是，如果我們本來就運行着一個程序（進程），我們如何在這個進程內部啓動一個外部程序，由內核將這個外部程序讀入內存，使其執行起來成爲一個進程呢？這裏我們通過 exec 函數族實現。

exec 函數族，顧名思義，就是一簇函數，在 Linux 中，並不存在 exec() 函數，exec 指的是一組函數，一共有 6 個：

#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[]);

其中只有 execve() 是真正意義上的系統調用，其它都是在此基礎上經過包裝的庫函數。

exec 函數族提供了六種在進程中啓動另一個程序的方法。exec 函數族的作用是根據指定的文件名或目錄名找到可執行文件，並用它來取代調用進程的內容，換句話說，就是在調用進程內部執行一個可執行文件。

進程調用一種 exec 函數時，該進程完全由新程序替換，而新程序則從其 main 函數開始執行。因爲調用 exec 並不創建新進程，所以前後的進程 ID （當然還有父進程號、進程組號、當前工作目錄……）並未改變。exec 只是用另一個新程序替換了當前進程的正文、數據、堆和棧段（進程替換）。

exec 函數族的 6 個函數看起來似乎很複雜，但實際上無論是作用還是用法都非常相似，只有很微小的差別。

l(list)：參數地址列表，以空指針結尾。

v(vector)：存有各參數地址的指針數組的地址。

p(path)：按 PATH 環境變量指定的目錄搜索可執行文件。

e(environment)：存有環境變量字符串地址的指針數組的地址。

exec 函數族裝入並運行可執行程序 path/file，並將參數 arg0 ( arg1, arg2, argv[], envp[] ) 傳遞給此程序。

exec 函數族與一般的函數不同，exec 函數族中的函數執行成功後不會返回，而且，exec 函數族下面的代碼執行不到。只有調用失敗了，它們纔會返回 -1，失敗後從原程序的調用點接着往下執行。

execl() 示例代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("before exec\n\n");

    /* /bin/ls：外部程序，這裏是/bin目錄的 ls 可執行程序，必須帶上路徑（相對或絕對）
       ls：沒有意義，如果需要給這個外部程序傳參，這裏必須要寫上字符串，至於字符串內容任意
       -a，-l，-h：給外部程序 ls 傳的參數
       NULL：這個必須寫上，代表給外部程序 ls 傳參結束
    */
    execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);

    // 如果 execl() 執行成功，下面執行不到，因爲當前進程已經被執行的 ls 替換了
    perror("execl");
    printf("after exec\n\n");

    return 0;
}

運行結果如下：

execv()示例代碼：

execv() 和 execl() 的用法基本是一樣的，無非將列表傳參，改爲用指針數組。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // execv() 和 execl() 的用法基本是一樣的，無非將列表傳參，改爲用指針數組
    // execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);

    /* 指針數組
       ls：沒有意義，如果需要給這個外部程序傳參，這裏必須要寫上字符串，至於字符串內容任意
       -a，-l，-h：給外部程序 ls 傳的參數
       NULL：這個必須寫上，代表給外部程序 ls 傳參結束
    */
    char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};

    // /bin/ls：外部程序，這裏是/bin目錄的 ls 可執行程序，必須帶上路徑（相對或絕對）
    // arg： 上面定義的指針數組地址
    execv("/bin/ls", arg);

    perror("execv");

    return 0;
}

execlp() 或 execvp() 示例代碼：

execlp() 和 execl() 的區別在於，execlp() 指定的可執行程序可以不帶路徑名，如果不帶路徑名的話，會在環境變量 PATH指定的目錄裏尋找這個可執行程序，而 execl() 指定的可執行程序，必須帶上路徑名。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 第一個參數 "ls"，沒有帶路徑名，在環境變量 PATH 裏尋找這個可執行程序
    // 其它參數用法和 execl() 一樣
    execlp("ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);

    /*
    char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};
    execvp("ls", arg);
    */

    perror("execlp");

    return 0;
}

execle() 或 execve() 示例代碼：

execle() 和 execve() 改變的是 exec 啓動的程序的環境變量（只會改變進程的環境變量，不會影響系統的環境變量），其他四個函數啓動的程序則使用默認系統環境變量。

execle()示例代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> // getenv()

int main(int argc, char *argv[])
{
    // getenv() 獲取指定環境變量的值
    printf("before exec：USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));

    // 指針數據
    char *env[]={"USER=MIKE", "HOME=/tmp", NULL};

    /* ./mike：外部程序，當前路徑的 mike 程序，通過 gcc mike.c -o mike 編譯
        mike：這裏沒有意義
        NULL：給 mike 程序傳參結束
        env：改變 mike 程序的環境變量，正確來說，讓 mike 程序只保留 env 的環境變量
     */
    execle("./mike", "mike", NULL, env);

    /*
    char *arg[]={"mike", NULL};
    execve("./mike", arg, env);
    */

    perror("execle");

    return 0;
}

外部程序，mike.c 示例代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("\nin the mike fun, after exec: \n");
    printf("USER=%s\n", getenv("USER"));
    printf("HOME=%s\n", getenv("HOME"));

    return 0;
}

運行結果如下：

本教程示例代碼下載請點此處。