【进程控制⑥】：进程替换/exec*()系列接口

一.进程替换原理

我们的程序是可以将系统调用接口给封装起来，调用我们的程序本质就是调用了系统接口。
那么如何进行封装呢？通过exec*系列函数可以完成进程的程序替换，比如下面的是是比较标准的写法：

第一个参数是程序的路径，第二个参数就是程序名，而后面的参数就是可选择参数。
就比如这句代码将要把该进程替换成
/user/bin/ls路径下的程序名为ls的进程，并带上-a,-l选项。
然后当我们调用我们的程序时，就会调用到ls -a -l命令。

替换的原理是什么呢？

要知道可执行程序和文件都存储在磁盘中，而我们的程序的代码和数据则已经加载到内存中了。execl的方法非常暴力，直接替换。什么意思呢？就是直接将磁盘里的可执行程序(要替换的程序)的代码和数据替换现在进程的的代码和数据。替换完后，进程并没有被影响，该调用就调用，只不过物理内存里的地址发生改变了。虚拟地址并没有改变。

二.替换特点

替换的原理非常简单粗暴，那这样会不会出现问题呢？
上面的情况是单进程，如果是多进程如何进行程序替换呢？
多进程通常是让子进程进行程序替换，而父进程则等待子进程。

1.独立性

子进程在进行程序替换时，会不会影响父进程呢？为什么这样说呢？因为父子进程共用同一块代码和数据，当子进程被替换成新的可执行程序时，它的代码和数据也就被替换了，那父进程的代码和数据呢？

答案：当然不会！因为进程之间是具有独立性的---->[写时拷贝]
在子进程没有执行程序替换之前，与父进程共享代码和数据，当子进程执行程序替换时，需要将新的程序的代码和数据覆盖父进程的代码和数据，但不要慌！为什么呢？因为存在写时拷贝！
当往父进程的数据里写入时，就会发生写时拷贝，重新申请一块内存给子进程写入，所以父进程的数据并没有被覆盖掉。那代码呢？
代码有没有被覆盖掉呢？其实代码也存在写时拷贝，也没有被覆盖掉。

2.唯一性

程序替换有没有创建新的进程呢？

答案：并没有创建新的进程！只是进行进程的代码和数据的替换工作，并不会创建进程。原来的进程还是原来的PCB和进程地址空间和页表。只不过物理内存发生改变了，只需要改变一下页表的映射关系。

3.不变性

当子进程发生程序替换后，将会发现子进程的环境变量还是原来的环境变量，并没有被覆盖掉。我们知道子进程的环境变量是继承父进程的，那环境变量是什么给进程的呢？因为环境变量也是数据，创建子进程的时候，环境变量就已经被子进程继承下去了，当发生替换后，子进程的环境变量不变，说明程序替换是不会将环境变量替换的。

如果我们非要替换环境变量有没有方法呢？

当然有
①因为子进程是继承父进程的，所以我们只要修改父进程的环境变量就可以更新子进程的环境变量。
②或者使用带有e的exec*系列函数接口，这个是要自己传递环境变量，并且会覆盖原来的环境变量

4.不返回

还有就是进程程序替换成功后，就不会再返回，也就是exec*函数后面的代码就不会执行了，如果程序替换失败才会返回，后面的代码才会执行，所以这个就可以作为程序替换是否成功的判断条件，当替换失败了，就会执行子进程后面的代码，后面的代码肯定会有退出exit()，我们只要设置对应的退出码即可判断。

三.程序替换应用

程序替换的系统调用接口大概有7个，这里介绍经常使用的6个系统调用函数。

【exec*系列系统调用】

注意以上函数基本上第一个参数都是程序的路径，为什么要程序的路径呢？你要替换这个程序，也就是要执行这个程序，你执行这个程序不应该要先知道这个程序在哪吗？所以程序的路径是必须要有的。当找到这个程序之后呢？我们是不是就要思考，怎样执行这个程序呢？是以什么方式执行呢？而后面的参数就是用来传不同的参数使程序以想要的方式执行。[即命令行参数]

• ①execl：

—>‘l’ 注意这个l是什么意思呢？我们可以看成list链表，为什么呢？因为它后面的参数可以像链表一样，一个一个链接起来，不是一个整体。而如何使用呢？命令行怎么写的，你就怎么传就可以了。

• ②execlp：

‘p’，注意这个p是什么意思呢？这个p可以理解为环境变量中的PATH。默认路径，你注意到没它的第一个参数不是路径而是程序文件名，这说明像这样的函数我们不需要传路径，系统会到默认路径PATH里去找，只需要写要执行的文件名即可。

• ③execv：

‘v’,注意这个v是什么意思呢？这个v可以理解为vector数组，为什么这样说呢？因为它的后面的参数可以放进一个数组统一传过来。而不像list那样一个接着一个。

要注意理解：当我们调用exec*系列系统调用接口时，我们传的命令行参数，会被系统自动传给要替换的程序的main函数。要替换的程序的main会接收这些命令行参数的。

• ④execle：

‘e’，注意这个e是什么意思呢？这个e其实是环境变量env。我们进行程序替换时，也可以传递环境变量给要替换的程序。

exec*接口不仅可以替换那些已经存在的可执行程序，还可以调用我们自己写的可执行程序，就比如用C去调用C++程序。为什么可以呢？因为一旦程序执行就会变成进程，而进程就可以被替换，就算是其他语言写的程序一旦变成进程也可以被替换调用。

我们可以用自己写的程序来替换子进程，这样就可以验证当一个程序被替换时，系统会自动将那些环境变量命令行参数都传给替换的程序的main函数。