Linux进程替换

本章代码gitee仓库：进程替换

1. 单进程的程序替换

在Linux中，存在一批接口，可以进行程序的替换

先多的不说，先来看看猪跑

#include
#include
#include

int main()
{
  printf("before:I am process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

  execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);

  printf("after:I am process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
  return 0;
}

我们发现，在excel之后的代码，没有执行，而是执行了我们替换的ls指令

2. 进程替换的原理

在fork之后创建的子进程会执行父进程的代码接下里的，而调用exec函数会直接替换当前的代码和数据，并不会再创建一个新的进程。

当我们调用execl时，会先将/usr/bin/ls目录下的ls加载到内存当中，这个进程就会将自己的代码和数据直接替换为ls的代码和数据，重新开始运行ls

3. 多进程程序替换

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    printf("before:I am process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    printf("after:I am process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    exit(1);
  }
  pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);
  if(ret>0) printf("wait success,father pid:%d,ret id:%d\n",getpid(),ret); 
  return 0;
}

运行发现，子进程的程序替换并不影响父进程的运行，这是因为写时拷贝不仅将数据进行了写时拷贝，同时也将代码进行了写时拷贝。

另外，我们看到子进程的先前的进程pid为1047，最后父进程回收子进程的时候，回收子进程的pid也是1047，这就能够充分的说明进程替换并不会创建新的进程！

Tips：

我们这里发现，exec*系列的函数，程序替换成功之后，后续的代码不会执行，如果替换失败了，才会执行后续的代码，这就代表着exec*函数，只有失败的返回值，并没有成功的返回值

4. 程序替换接口 – exec*

关于exec*系列的接口一共有7个，他们的开头都说exec

我们目前常用的是man的1、2、3号手册：

• 1号手册：用户命令手册
• 2号手册：系统调用
• 3号手册：C语言库函数

execl

int execl(const char *path,const char *arg,...);

这里的l可以理解成list，这里传参是可变参数，从第二个参数开始，我们在命令行中如何写的，那么我们就如何将参数传给我们的函数，只不过是将空格换成逗号,然后最后一个参数传NULL。

我们要执行这个程序，首先第一件事肯定是找到这个程序在哪儿，所以，第一个参数就表示这个程序的路径。

execlp

int execlp(const char *file,const char *arg,...);

这里的p就是我们的path环境变量，我们可以不指定路径，它会直接去PATH环境变量里面找有没有这个可执行程序。

当然了，这里我们第一个参数和第二个参数虽然是一样的，但是含义不一样，第一个表示先找到这个程序，第二个表示如何执行。

execv

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

这里的v就可以理解为vector，第一次参数同样是表示路径；第二个参数是一个字符指针数组，将命令行参数的地址直接填到这个数组里面。

那这样我们就能将命令行参数填到这个数组里面，然后直接把这个数组进去即可

**Tips：**例如指令ls，它也是一个被编译好的程序，那它也是有main函数的，也有对应的命令行参数，那它这个命令行参数，其实也是从execv的第二个参数传进来的；另外，execl我们已列表的方式传进来，最后也是会被变成char* const argv[这个样子。然后再将这个argv参数传到对应的main函数当中。

在**命令行当中所有的进程都是bash的子进程**，那么所有进程都是采用exec*系列函数进行启动执行的。

所以exec*系列的函数，起到的是一个代码级别的加载器作用，将我们的可执行程序导到内存里面

execvp

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

有了前三个函数的例子，我们看到这个p，其实就能猜到，这里的p就表示PATH环境变量。这里就不再过多赘述了

execle && execvpe

int execle(const char *path, const char *arvg, ..., char *envp[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[])

这里带的e，其实就是表示environment环境变量。

如果exec*系列函数能够执行系统命令，那可否执行我们的自己的程序呢？

我们用C语言程序来调用C++做一个示范

makefile会自顶向下扫描遇到的第一个目标文件是mycommand，所以会执行mycommand的方法，而我们的cppExe和先扫描到的没有任何关联，那么就结束了。

所以我们让第一个目标文件是一个伪目标，然后再建立依赖

.PHONY:all
all:mycommand cppExe
mycommand:mycommand.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
cppExe:cppExe.cpp 
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
	rm -f mycommand cppExe

这里补充一点：前面讲到，命令行怎么输，那么我们的参数就如何传，可是我们执行cppExe的时候，命令行是./cppExe，而这里传的参数确实cppExe,这里是因为我们命令行中带上./是要告诉bash这个可执行程序在哪儿，而在execl中，第一个参数已经说明了在当前目录，所以第二个参数就不需要再带上./了。

当然了，这也不只是可以调用C++，类似Java、python这些都是可以进行调用的

这些跨语言调用，其实也说明了，所以的语言运行起来，本质上都是进程！

有了上面C语言调用其他语言的例子，我们就能验证，一个程序是否可以给另一个程序传入环境变量参数和命令行参数了。

验证发现，这里传入的命令行参数拿到了，而环境变量压根没有传入，但是也能拿到。

这是因为环境变量也是数据，创建子进程的，环境变量就已经被子进程继承了。

当我们不写这些int argc、char *argv[]、char *env[]的时候，也能传进来。

有个extern char **environ第三方变量，它直接指向了环境变量信息，当它被定义的时候，就已经被父进程初始化指向了自己的环境变量表，所以再创建子进程的时候，这个变量就被继承下去了。

同时，我们这里做的是程序替换，而程序替换是直接替换代码和数据，而环境变量并没有被替换掉，所以程序替换中，环境变量信息不会被替换。

如果我们想自己手动给子进程传递环境变量，也是可以的，这分为2种：

1. 新增环境变量
   • 我们可以从shell直接导入环境变量；
     
   • 也可以通过父进程创建环境变量导入子进程，采用库函数putenv给进程导入环境变量，当然，我们这里的导入的环境变量和父bash并没有关系。
     
2. 直接替换环境变量
   如果需要直接替换掉，那么就可以用execle或者execvpe，这里采用execle举例子，因为这个更为复杂
   
   如果我们需要自己的环境变量，我们就可以自定义环境变量，不要父进程的环境变量
   

以上这6个都是C语言封装的库函数，还一个接口，是系统提供的，本质上就是上面这6都都是调用的这个接口：