七、进程程序替换

一、进程程序替换

（一）概念

子进程执行的是父进程的代码片段，如果我们想让创建出来的子进程，执行全新的程序呢?

需要用到：进程的程序替换！

（二）为什么程序替换

我们一般在服务器设计(linux编程)的时候，往往需要子进程干两件种类事情！

1. 让子进程执行父进程的代码片段(服务器代码)
2. 让子进程执行磁盘中一个全新的程序(shell，想让客户端执行对应的程序，通过我们的进程，执行其他人写的进程代码等等)，c/c++ ->c/c++/Python/Shell/Php/Java…

（三）程序替换的原理

1. 将磁盘中的程序，加载入内存结构
2. 重新建立页表映射，谁执行程序替换，就重新建立谁的映射(子进程)

效果：让我们的父进程和子进程彻底分离，并让子进程执行一个全新的程序!

这个过程有没有创建新的进程呢?

没有，子进程的PCB等结构并未改变，只是改变的页表映射关系。

程序替换成功后，运行完新程序，则程序直接退出；程序替换成功后，原进程没有退出，使用原进程运行新程序

我们只能调用接口，为什么呢？

因为这个过程实际上是把数据从一个硬件搬到另一个硬件的操作，这个操作只能由OS操作系统完成

（四）如何进行程序替换

man execl 查看进行程序替换的函数：
我们如果要执行一个全新的程序，我们需要做几件事情呢？

1.程序本质就是一个磁盘上的文件，所以我们需要先找到这个程序在哪里
2.程序可能携带选项进行执行(也可以不携带)，然后告诉OS，我要怎么执行这个程序？(要不要带选项)

命令行怎么写(ls -l -a)， 这个参数就怎么填"ls"，“-l”，“-a”,最后必须是NULL，标识参数传递完毕[如何执行程序的]

 #include 

       extern char **environ;

       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 execvpe(const char *file, char *const argv[],
                   char *const envp[]);

1. execl

makefile

myexec:myexec.c
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 
.PHONY:clean
clean:
	rm -f myexec

myexec.c

#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main(int argc,char *argv[]) {
    printf("process is running...\n");
    pid_t id  = fork();
    assert(id != -1);
    if (id == 0) {
        sleep(1);
        printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
        // 执行ls -l -a 命令
        //execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL); 
        // 这里有两个ls, 重复吗？不重复，一个是告诉系统我要执行谁？一个是告诉系统，我想怎么执行
        // 执行top命令
        execl("/usr/bin/top","top",NULL);               
        
        printf("我执行完毕了，我的pid是：%d\n",getpid());      

        // 执行完以上的代码，我们发现一个问题！！
        // 最后一句代码为什么没有被打印出来呢！！！
    }
    return 0;
}

因为进程一旦替换成功，是将当前进程的代码和数据全部替换了！！！

后面的printf是代码吗？？有没有被替换呢？？当然，已经早就被替换了！！该代码不存在了！！

所以这个程序替换函数，用不用判断返回值？为什么？

答:不用判断返回值，因为只要成功了，就不会有返回值execl，一旦替换成功，是将当前进程的所有代码和数据全部替换了，execl就直接执行ls命令的代码去了。。而失败的时候，必然会继续向后执行！！最多通过返回值得到什么原因导致的替换失败！

2. 引入进程创建——子进程执行程序替换，会不会影响父进程呢?

子进程执行程序替换，会不会影响父进程呢? ?

不会，因为进程具有独立性。
为什么，如何做到的? ?数据层面发生写时拷贝!当程序替换的时候，我们可以理解成为：代码和数据都发生了写时拷贝完成父子的分离!

（五）大量的测试各种不同的接口

1.命名理解 （带v和带l的）

这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。

l(list) : 表示参数采用列表

v(vector) : 参数用数组

p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

e(env) : 表示自己维护环境变量

2.记忆技巧

execl结尾 l 为list，列表传参——>可变参数包，一个一个传。

execv结尾 v 为vector，数组传参——>传的是指针数组。

3.带e和带p

带e的都是可以传环境变量的（execle，execvpe）但是会覆盖系统原有的环境变量，把自己传的环境变量交给进程；
不带e是默认继承系统的环境变量；带p的都是可以自带路径的，直接传命令名称即可（execlp，execvp，execvpe）

（六）具体接口说明

1.execv

int execv(const char *path, char *const argv[]);        

path 依然是程序的路径，参数 argv[] 是存着要实现指令的指针数组

char *const argv_[] = {
	  "ls",
      "-a",
       "-l",
       "--color=auto",
        NULL
};

2.execlp

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);        带p的就传程序名即可

file：要执行的程序。执行指令的时候，默认的搜索路径，在哪里搜索呢?在环境变量PATH
命名带p的，可以不带路径，只说出你要执行哪一个程序即可!

execlp("ls"，"ls", "-a", "-1 "，NULL)

#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main(int argc,char *argv[]) {
    printf("process is running...\n");
    pid_t id  = fork();
    assert(id != -1);
    if (id == 0) {
        sleep(1);
        printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
        //execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL); 
        // 这里有两个ls, 重复吗？不重复，一个是告诉系统我要执行谁？一个是告诉系统，我想怎么执行
        // 执行top命令
        char *const argv_[]={
        (char*)"ls",
        (char*)"-a",
        (char*)"-l",
         NULL
         };
        //execl("/usr/bin/top","top",NULL);         
        execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);//这里出现了两个ls，含义一样吗？不一样！
        exit(1);   
        //execvp("ls", argv_);
        printf("我执行完毕了，我的pid是：%d\n",getpid());      

        // 执行完以上的代码，我们发现一个问题！！
        // 最后一句代码为什么没有被打印出来呢！！！
    }
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id,&status,0);
    if(ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }
    return 0;
}

3.execvp

 int execvp(const char *file, char *const argv[]);

#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main(int argc,char *argv[]) {
    printf("process is running...\n");
    pid_t id  = fork();
    assert(id != -1);
    if (id == 0) {
        sleep(1);
        printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
        //execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL); 
        // 这里有两个ls, 重复吗？不重复，一个是告诉系统我要执行谁？一个是告诉系统，我想怎么执行
        // 执行top命令
        char *const argv_[]={
        (char*)"ls",
        (char*)"-a",
        (char*)"-l",
         NULL
         };
        //execl("/usr/bin/top","top",NULL);         
        //execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);//这里出现了两个ls，含义一样吗？不一样！
        exit(1);   
        execvp("ls", argv_);
        printf("我执行完毕了，我的pid是：%d\n",getpid());      

        // 执行完以上的代码，我们发现一个问题！！
        // 最后一句代码为什么没有被打印出来呢！！！
    }
    // 父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id,&status,0);
    if(ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }
    return 0;
}

4.execle

int execle(const char *path, const char *arg,
                  ..., char * const envp[]);

这里的前几个接口都非常熟悉了，这里最后一个接口叫做环境变量。那么为什么要有这个接口呢？

说到环境变量之前我们先来看一下这个问题，我们刚刚提到过，进程替换可以让我们执行其他语言写的程序，那么我们怎么来执行呢？（我们使用execl 函数来调用）

我们现在的目标是想用我们写的myexec.c把mycmd.cpp调用起来，那么怎么来用呢？
myexec.c

我们当前使用的是绝对路径来调用我的mycmd程序！

当然我们也可以使用相对路径来调用。

相对路径调用——
makefile

.PHONY:all
all: mybin myexec
mybin:mybin.c
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
myexec:myexec.c
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
	rm -f myexec mybin

#include
#include
#include
#include

int main()
{
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
    pid_t id=fork(); 
    if(id==0)
    {
        //child
        printf("我是子进程，我的pid是：%d\n",getpid());
        execl("./mycmd","mycmd",NULL);
        exit(1);
    }
    //一定是父进程
    int status=0;
    int ret=waitpid(id,&status,0);
    if(ret==id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

为什么会有这么多接口?——因为要适配应用场景。

execve为什么是单独的?——实际上，只有 execve是系统调用，其他都是对系统接口的封装，最后都要调用到execve!

二、模拟实现shell

三、内建命令——以chdir为例