【Linux】进程替换

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# 0. 进程替换概念

我们想要在一个进程中的子进程运行外部程序,就可以用到进程替换的相关接口.

系统对于此提供了exec类的相关接口.

相关接口有6个,不过都具有一定的使用规则.

先来看看单进程版的进程替换

#include
#include
#include
#include
int main()
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    return 0;
}

编译运行会发生什么呢?

执行到execl前的程序是正常运行的,也就是正常打印出了进程PID相关信息.

后来执行到了execl,如我们猜测的一样执行了 ls -al 的指令

但是!!后来的 **printf(“after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n”,getpid(),getppid()); **这条指令并未执行.

这是我们没有想到的?这是为什么呢?

回顾我们的标题名,叫做进程替换.显然这里发生了进程的替换.

一个文件未被运行时其在磁盘当中,execl把内存当中的ls可执行程序,对内存中的./proce可执行程序进行了一个替换.不创建新的进程,只进行代码和数据的替换

注意!这里并未重新创建一个进程,而是在原有的进程上进行了夺舍,也就是运行了exec*指令后,进程还是那个进程,内容却不再是原来的内容了(肉体仍旧,灵魂改变).

所以替换成功后,整个程序改变了,那么这个函数有返回值嘛

运行成功后数据替换,就算返回了也被换掉,所以执行成功是没有返回值的,执行失败则返回-1

现在我们大概能知道什么是进程替换了.我们在看看在多进程状态下,进程替换会发生什么呢?

#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    pid_t ret=fork();
    
    if(ret == 0)
    {
        printf("before i am a child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
        execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    
    else
    {
        int ret=wait(NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

子进程执行了execl指令,完成了进程替换,而父进程照常运行自己剩下的指令.

那么,这几个接口有什么含义呢.以及那个命令为什么要这样写呢?

1. 进程替换库函数接口

exec*相关接口使用需包含两个库

#include
#include

其中函数的命名是有一定的规律的

1. l:list
2. p:path
3. v:vector
4. e:environ

execl与execv

观察六个函数我们发现,前缀要么是 execl,要么是 execv,这具体含义是

l: list 列表 v: vector 数组

也就是

execl("可执行文件所在路径","文件运行时指令","NULL")

文件运行指令在屏幕上输入什么,就在这里输入了什么

• 例如: ls -al 我们在屏幕上需要输入这两个指令+参数.所以而ls所在路径为 /usr/bin/ls,最后以NULL结尾

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

同样也可以运行我们自己的可执行程序 并不仅限于C,可以是任何可执行程序!

test.c:

#include
int main()
{
    printf("hello\n");
    return 0;
}

proce.c:

#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    pid_t ret=fork();
    
    if(ret == 0)
    {
        printf("before i am a child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
        execl("./test","test",NULL); //可以为相对路径也可以为绝对路径
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    
    else
    {
        int ret=wait(NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

如何用makefile同时编译多文件

test:test.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf proce test

通常我们编译单文件是这样.

Makefile会自顶向下执行检测到的第一个依赖项,然后完成编译,不会编译其他依赖项

也就是如果想要这样编译多文件是没有用的

proce:proce.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
test:test.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf proce test

我们需要添加一个伪目标:

.PHONY:all
all:proce test

proce:proce.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
test:test.c
	gcc -o $@ $^ -std=c99
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf proce test

回到上面,我们看过了L如何使用,那么V呢?

其实这两个差不多,我们需要手动创建一个字符数组,将上面的指令放到数组中即可.最后同样需要以NULL结尾

#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    pid_t ret=fork();
    char * myargv[]=
    {
        "ls",
        "-a",
        "-l",
        NULL
    };
    if(ret == 0)
    {
        printf("before i am a child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
        // execl("./test","test",NULL);
        execv("/usr/bin/ls",myargv);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    
    else
    {
        int ret=wait(NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

execlp与execvp

这个P的概念是,系统会从默认的**$PATH**中去寻找可执行程序,不需要再写路径.

这里以execlp举例.

#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    pid_t ret=fork();
    if(ret == 0)
    {
        printf("before i am a child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
        execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    else
    {
        int ret=wait(NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

**execlp(“ls”,“ls”,“-a”,“-l”,NULL)**这里的第一个ls表示要在PATH中寻找哪个执行程序,后面依然是参数列表.

execle与execvpe

多了一个e的选项:表示可以传递的环境变量列表.

我们用自己创建的程序来验证一下这个信息.

#include
#include
int main(int argc,char * argv[],char * environ[])
{
    for(int i=0;environ[i];i++)
    {
        printf("i -> %d :,environ: %s\n",i,environ[i]);
    }
    printf("end\n");
    return 0;
}

#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("before i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
    pid_t ret=fork();
    char *environ[]={
        "hello=123",
        "Linux",
        "execle",
        NULL
    };
    if(ret == 0)
    {
        printf("before i am a child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());   
        execle("./test","test",NULL,environ);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    else
    {
        int ret=wait(NULL);
        printf("after i am a process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

现在我们有三种形式向子进程中传入环境变量

1. 不传入,直接使用全局的环境变量
2. 在父进程中使用putenv(),追加形式向子进程传入环境变量
3. 使用自定义的环境变量传参

2. 进程替换系统调用接口

上方提到的六个库函数都是调用此函数