进程控制（Linux）

一、进程创建

1. 再识fork

在初始进程这篇博客中，浅谈了fork这个函数，在进程地址空间这篇中，也解释了一些关于fork返回值的问题。在这里再认识一下fork函数。

fork函数： 在Linux中，fork可以从已存在的进程中创建一个新的进程，新进程为子进程，原进程为父进程。

#include 
pid_t fork(void);
//返回值:如果成功，给父进程返回子进程PID，给子进程返回0，如果失败返回-1

来一段代码测试:

#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
    printf("Before:pid id %d\n", getpid());    
    pid_t pid = fork();    
    
    if(pid < 0)                                                                                                                                                                                                                             
    {    
        perror("fork");    
        exit(-1);    
    }    
    printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);    
    sleep(1);    
    return 0;    
} 

上述代码运行结果:

fork运行的逻辑结构:

结论: fork之前，父进程独立执行。fork之后，父子进程两个执行流分别执行。那个进程先执行由调度器决定

fork常规用法：

1. 父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。eg：父进程等待客户端请求，生成子进程处理请求。
2. 一个进程要执行一个不同的程序。（进程替换，后面讲）

2. 写时拷贝

在进程地址空间这篇博客中也对写时拷贝进行了说明

OS为了提高效率，在创建子进程时会使用写时拷贝。本质就是按需申请，不会浪费系统资源

通过触发页表的可读权限，后续判断写入错误，发生写时拷贝，并更改权限

二、进程终止

前言——查看进程退出码

程序在执行完，无论正不正确都有一个退出码，可以查看

查看方式：echo $? 这个命令的意思就是查看 ? 的内容。
注：

1. 查看最近一个进程或是命令运行结束的退出码，退出码保存在 ? 中。
2. 先看程序是否异常，异常结束的退出码无意义

先实践一下：

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

查看退出码：

退出码是0，程序正常运行结束

1. 退出情况

1. 正常运行，结果正确
2. 正常运行，结果不正确
3. 代码异常终止

第一种情况就不再实验

正常运行，结果不正确

先看程序是否异常，如果没有异常再看退出码。

#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
 int *p = (int*)malloc(1000*1000*1000*4);    
    if(p == NULL)    
    {    
        printf("error msg:%s\n", strerror(errno));                                                                                                      
        exit(errno);    
    }    
    return 0;    
} 

查看退出码：

退出码是12，可见结果不正确。我们也打印了错误信息Cannot allocate memory

异常退出

退出码无意义。
进程出现异常，本质是我们的进程收到对应的信号

#include      
 
int main()    
{    
    int a = 1, b = 0;    
    a = a / b;                                                                                                                                                                                                                              
    return 0;    
}  

查看运行结果：

注： 第二次执行echo $? 发现结果是0。原因是上一次echo $?也是程序，并且是正常运行得到正常结果

在前面也说程序没有执行完就结束，是因为OS对进程发送了异常的信号。
测试一下：

#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
    while(1)    
    {    
        printf("PID: %d\n", getpid());    
        sleep(1);                                                                                                                                                                                                                           
    }    
    return 0;    
} 

测试结果：

对3330进程发送了11号信号，所以左边的会话弹出段错误，并且程序结束。

2. 退出码

父进程和用户可能会关心这个进程的运行结果，如果出错，那就要了解原因，而退出码对应着错误原因。退出码是程序执行结果和错误类型的一种有效表示方式。

C语言提供了两个函数和一个全局变量显示程序的错误信息。

strerror和errno

1. strerror：查看系统对应的错误码信息
2. errno：全局变量，strerror想要查看错误码信息，需要的错误码就是从errno来，程序出现结果不正确，错误码被设置，也就是errno被设置。
3. 我们也可以自己设计一套对应的退出码

头文件：#include
函数声明：char* strerror(int errnum)
参数：错误码（全局变量errno存放的就是错误码）
返回值：错误码对应的信息

代码：

#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
 int *p = (int*)malloc(1000*1000*1000*4);    
    if(p == NULL)    
    {    
        printf("error msg:%s\n", strerror(errno));                                                                                                      
        exit(errno);    
    }    
    return 0;    
} 

运行结果：

系统中设置的错误码信息

一共133个非常多

测试代码：

#include     
#include     
    
int main()    
{    
    for(int i = 0; i < 140; i++)    
    {    
        printf("strerror[%d] -> msg:%s\n", i, strerror(i));                                                                                                                                                                                 
    }    
    return 0;    
}  

运行结果： （注：没有全部截下来，太长了）

perror

测试代码：

#include 
#include 
#include                                                                                                                                                                                                                         

int main()                            
{                                           
	int *p = (int*)malloc(4*1000*1000*1000);
    if(p == NULL)                           
    {                                 
        perror("malloc error");       
        exit(errno);                                                                                                                                                                                                       
    }                                                                                                                                                                                                                      
    return 0;                                                                                                                                                                                                              
} 

测试结果：

直接打印出错误信息。
可以这样理解：strerror+errno+printf == perror

异常信息

kill -l 查看信号
kill -[信号编号] [进程PID] 对指定进程发生信号

查看所有信号：

SIGHUP：挂起信号，通常由终端关闭或网络连接中断引起。用于通知进程重新加载配置文件或进行清理操作。
SIGINT：中断信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+C发送。用于请求进程终止。
SIGQUIT：退出信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+\发送。与SIGINT类似，但会生成核心转储文件。
SIGILL：非法指令信号，表示进程执行了一个非法的机器指令。
SIGTRAP：跟踪陷阱信号，用于调试目的。
SIGABRT：异常终止信号，通常由调用abort函数引起。
SIGBUS：总线错误信号，表示进程访问了无效的内存地址。
SIGFPE：浮点异常信号，表示进程执行了一个非法的浮点运算。
SIGKILL：强制终止信号，用于立即终止进程。不能被忽略或捕获。
SIGUSR1：用户自定义信号。
SIGSEGV：段错误信号，表示进程访问了无效的内存段。
SIGUSR2：用户自定义信号。
SIGPIPE：管道破裂信号，表示进程向一个已关闭的管道写入数据。
SIGALRM：闹钟信号，用于定时器操作。
SIGTERM：终止信号，用于请求进程正常终止。
SIGSTKFLT：协处理器栈错误信号。
SIGCHLD：子进程状态改变信号，用于通知父进程子进程的状态发生了改变。
SIGCONT：继续信号，用于恢复被SIGSTOP或SIGTSTP暂停的进程的执行。
SIGSTOP：停止信号，用于暂停进程的执行。
SIGTSTP：终端停止信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+Z发送。用于请求进程暂停。
SIGTTIN：后台读取信号，表示后台进程试图从终端读取数据。
SIGTTOU：后台写入信号，表示后台进程试图向终端写入数据。
SIGURG：紧急条件信号，表示进程收到了一个紧急数据。
SIGXCPU：CPU时间限制信号，表示进程超过了CPU时间限制。
SIGXFSZ：文件大小限制信号，表示进程试图创建一个超过文件大小限制的文件。
SIGVTALRM：虚拟定时器信号。
SIGPROF：性能分析器定时器信号。
SIGWINCH：窗口大小改变信号，表示终端窗口大小发生了改变。
SIGIO：异步I/O信号。
SIGPWR：电源故障信号。
SIGSYS：无效系统调用信号，表示进程执行了一个无效的系统调用。

信号部分，再进行介绍

3. 退出方法

exit和_exit

1. exit

#include     
#include     
                                                                                                                                                                                                                                           
int main()    
{    
    printf("hello Linux");    
    exit(0);    
    return 0;    
} 

代码运行结果：

2. _exit

#include     
#include     
    
int main()    
{    
    printf("hello Linux");    
    _exit(0);                                                                                                                                                                                                                               
    return 0;    
}  

代码运行结果：

结论：通过结果发现exit刷新了缓冲区，_exit没有刷新缓冲区

exit和_exit的底层关系：

总结：

1. exit是库函数，_exit是系统调用接口
2. exit会刷新缓冲区，_exit不会刷新缓冲区
3. C语言的exit的实现底层封装系统调用接口_exit
4. 系统调用接口不刷新缓冲区，所以得出缓冲区不在内核中，在用户空间

注： exit和return的区别

1. exit是直接退出进程，而return是函数的返回值
2. 在main函数中的return与exit的作用相同。在其它函数return和exit作用不同

三、进程等待

1. 解决等待的三个问题

1. 是什么？
   通过系统调用wait/waitpid，对子进程进行状态检测与回收功能

2. 为什么？
   • 僵尸进程无法被kill -9杀死（因为僵尸进程已经死了），需要通过进程等待来杀掉它，进而解决内存泄漏问题。
   • 可以通过进程等待，获取子进程的退出情况，可以了解子进程的任务完成情况。
   • 总而言之，父进程可以通过等待，回收子进程资源，获取子进程退出信息，无论父进程是否关心这个信息。

3. 怎么办？
   父进程通过调用wait/waitpid进行子进程回收。

2. 系统调用

wait

头文件：
1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/wait.h>

函数声明：
pid_t wait(int *status);

参数：输出型参数，执行结束status会带出进程的退出状态（包括错误信息和异常信息）

返回值：成功返回所等待进程的pid，失败返回-1

参数为NULL

eg1:（简单使用）

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    //child    
    printf("I am child, pid: %d\n", getpid());    
  }    
  else if(id < 0)    
  {    
    perror("fork:");    
    exit(errno);    
  }    
  else    
  {    
    sleep(5);    
    pid_t ID = wait(NULL);    
    if(ID == id)                                                                                      
    {    
        printf("等待成功!\n");    
    }    
    else    
    {    
      printf("等待失败!\n");    
    }    
  }    
  sleep(3);    
  return 0;    
} 

预期结果：创建子进程，子进程执行完代码先等待三秒，然后父进程等待五秒，其中差额的两秒子进程进入僵尸状态，然后父进程休眠完之后等待成功，再等待三秒结束进程。

实验结果： （符合预期结果）

eg2：（多个子进程进行等待）

#include                                                                                     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
#define N 3    
  
void RunChild()    
{    
  int cnt = 5;    
  while(cnt--)    
  {    
    printf("I am Child Process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());    
    sleep(1);    
  }    
}      
    
int main()    
{    
  for(int i = 0; i < N; i++)    
  {    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {    
      RunChild();    
      exit(i);    
    }    
    printf("create child process:%d success\n", id); //这句话只有父进程才会执行    
  }    
    
  sleep(10);    
  //开始等待    
  for(int i = 0; i < N; i++)    
  {    
    pid_t id = wait(NULL);
    if(id > 0)
    {
      printf("回收进程:%d->%d\n", i, id);
    }
  }

  sleep(5);

  return 0;
}

实验结果：在回收子进程的过程中，等到谁就释放谁

也可以使用while :; do ps axj | head -1; ps axj | grep test | grep -v grep;sleep 1; done;查看进程状态

使用status参数

使用输出型参数status的原因：

1. 因为进程间的独立性，所以父进程不能直接访问子进程
2. 通过返回值返回的信息成功要返回子进程pid，无法再返回别的信息。

status：

1. 该参数可以不设置，就如同上面直接用NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
2. 正常设置该参数，OS会根据该参数，将子进程的退出信息反馈父进程。
3. status也不能用简单的整型看待，要从位图看待（只研究低16位）

退出信息位分布：（低16位）

来两个小demo测试一下：

正常终止：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    //child
    printf("I am child, pid: %d\n", getpid());
    exit(11);
  }
  else if(id > 0)
  {
    //father
    int status = 0;
    pid_t ID = wait(&status);

    if(ID == id)
    {
      printf("子进程的退出信息:%d\n", status);
      printf("等待成功!\n");
    }
    else
    {
      printf("等待失败!\n");
    }
  }
  else
  {
    perror("fork");
    exit(11);
  }
                                                                                                                                                                                                                 
  return 0;
}

运行结果：

异常终止：

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

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    //child
    printf("I am child, pid:%d\n", getpid());

    //出现异常
    int *p = NULL;
    *p = 0;
  }
  else if(id > 0)
  {
    int status = 0;
    pid_t ID = wait(&status);
    if(ID == id)
    {
      printf("子进程的退出信息：%d\n", status);                                                                                                                                                                  
      printf("等待成功!\n");
    }
    else
    {
      printf("等待失败!\n");
    }
  }
  else
  {
    perror("fork:");
    exit(errno);
  }
  return 0;
}

运行结果：

小结

根据上文的测试：大致可以观察到测试结果和退出信息的位分布结果是一致的。

如何从位中获得具体的退出状态或者终止信号

1. 退出状态：(status >> 8) & 0xFF
2. 终止信号：(status & 0x7F)

系统也提供了一些宏，来帮助获取退出状态与终止信号

1. 判断是否正常退出：WIFEXITED
   获取退出状态：WEXITSTATUS
2. 判断是否被信号终止：WIFSIGNALED
   获取信号信息：WTERMSIG

根据上面的小结，再做一些小实验：

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    //child             
    printf("I am child, pid:%d\n", getpid());                                    
                                                                                 
    //出现异常                                                                   
    int *p = NULL;                                                               
    *p = 0;                                                                      
  }                                                                              
  else if(id > 0)                                                                
  {                                                                              
    int status = 0;                                                              
    pid_t ID = wait(&status);                                                    
    if(ID == id)                                                                 
    {                                                                            
      if(WIFEXITED(status))                                                      
      {                                                                          
        //printf("正常退出，退出状态：%d\n", WEXITSTATUS(status)); //和下面一条语句结果一样
        printf("正常退出，退出状态：%d\n", (status >> 8) & 0xFF);                
      }                                                                          
      if(WIFSIGNALED(status))                                                    
      {                                                                          
        //printf("异常退出，终止信号：%d\n", WTERMSIG(status));   //和下面一条语句结果一样                                                                                                                       
        printf("异常退出，终止信号：%d\n", status & 0x7F);  
      }                                                                                 
      printf("等待成功!\n");                                                            
    }                                                                                   
    else                                                                                
    {                                                                                   
      printf("等待失败!\n");                                                            
    }                                                                                   
  } 
  else 
  {
    perror("fork:");
    exit(errno);
  }
  return 0;
}
     

运行结果：

注： 这个测试，只是测试了异常终止的代码，正常结束的程序就不再赘述了。

waitpid

头文件：
1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/wait.h>

函数声明：
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数：
	pid:
		1. pid = -1,等待任意一个子进程。与wait的作用一样
		2. pid > 0。等待与pid相等的子进程
	
	status：（该参数在wait部分已经详细介绍）
		WIFEXITED：正常终止的子进程，则为真。（查看进程是否正常退出）
		WEXITSTATUS：WEXITSTATUS不为0，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
	
	options：
		WNOHANG：若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不进行等待。若正常结束，则返回该子进程pid
		0：进行阻塞等待
		WUNTRACED：如果子进程进入暂停状态就立刻返回。

返回值：
	1. 当正常返回的时候waitpid返回的是收集到子进程的PID
	2. 如果设置了第三个参数WNOHANG，而调用waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0
	3. 调用出错，则返回-1，errno也会被设置

注： 在这里就不再对waitpid进行实验，在下一节内容顺带实验

3. 阻塞和非阻塞等待

阻塞等待：

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  pid_t pid = fork();    
  if(pid < 0)    
  {    
    perror("fork");    
    exit(errno);    
  }    
  else if (pid == 0)    
  {    
    //child    
    printf("child Running, pid:%d\n", getpid());    
    sleep(5);    
    exit(140);    
  }    
  else    
  {    
    int status = 0;    
    pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);   //第一个参数代表任意子进程都可以再次等待，第三个参数就是阻塞等待    
    printf("wait......5s..\n");                                                                                                                                                                                  
    if(WIFEXITED(status) && ret == pid)    
    {    
      printf("等待成功，ret_code:%d\n", WEXITSTATUS(status));    
    }    
    else    
    {    
      printf("等待失败!\n");    
      exit(errno);    
    }    
  }    
  return 0;    
} 

运行结果：

非阻塞等待：

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

#define TASK_NUM 10

typedef void(*task_t)();  //定义函数指针
task_t tasks[TASK_NUM];   //函数指针数组

void task1()
{
  printf("执行打印日志的任务，pid:%d\n", getpid());
  //...
}

void task2()
{
  printf("检测网络健康状态的任务，pid:%d\n", getpid());
  //...
}

void task3()
{
  printf("绘制图形界面的任务，pid:%d\n", getpid());
}

int AddTask(task_t t);

//管理任务
void InitTask()
{
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
  {
    tasks[i] = NULL;                                                                                                                                                                                             
  }
  AddTask(task1);
  AddTask(task2);
  AddTask(task3);
}
int AddTask(task_t t)                                                                                                                                                                                            
{
  int pos = 0;
  for(; pos < TASK_NUM; pos++) //寻找空位置
  {
    if(!tasks[pos])
      break;
  }

  //再判断边界
  if(pos == TASK_NUM)
    return -1;

  //插入任务
  tasks[pos] = t;
  return 0;
}

//执行任务
void ExecuteTask()
{
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
  {
    if(!tasks[i]) //遍历指针数组
      continue;
    tasks[i]();
  }
}

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id < 0)
  {
    perror("fork");
    exit(errno);
  }
 else if(id == 0)
  {
    //child
    int cnt = 5;
    while(cnt--)
    {
      printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);
      sleep(1);
    }
    exit(11);
  }
  else 
  {
    int status = 0;
    InitTask();
    while(1)  //非阻塞轮询
    {
      pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);  //阻塞只需要该WNOHANG为0即可
      if(ret > 0)
      {
        if(WIFEXITED(status))
        {
          printf("代码正常跑完，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
        else 
        {
          printf("代码异常！\n");
        }
        break;
      }
      else if(ret < 0)
      {
        printf("wait failed!\n");
        break;
      }
	  else  //轮询，处理别的任务 
      {
        ExecuteTask();
        sleep(1);
      }
    }
  }
  return 0;
}

代码运行结果：

总结： 阻塞等待和非阻塞等待

1. 阻塞等待：直到子进程被等待成功，才会继续执行，否则就一直处于阻塞状态
2. 非阻塞等待：无论能不能等待到子进程都进行返回，等待成功返回子进程pid，失败返回0
3. 非阻塞等待相比阻塞等待，可以在子进程没结束的时候，做一些自己的事情。所以也称作非阻塞轮询
4. wait函数就是阻塞等待，子进程不结束，就一直等

4. 进程等待的原理

1. 子进程运行结束，父进程没有等待之前,子进程是为僵尸状态，其代码和数据先被释放，PCB保留在OS。
2. 称为僵尸进程的子进程的PCB中有这样的两个变量，int exit_code, exit_signal
3. 父进程调用系统调用wait进行等待，因为进程间的独立性，实际由OS获取这个两个变量，并写入输出型参数当中。

四、进程替换

1. 概念

进程替换：进程替换需要通过调用exec系列的函数，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。注：不会创建新的进程，会更新PCB，但是如进程的PID值这样的不会改变。很像是被小说中的大能夺舍，变得是灵魂，不变的是肉体。

2. exec函数族

exec系列函数：
	头文件：#include <unistd.h>

返回值：
	1. 函数调用成功，则加载新的程序，开始执行代码，不返回
	2. 替换失败，返回-1.按照原先的代码继续运行。错误码被设置

①execl

函数声明：
	int execl(const char *path, const char *arg, ...);

参数：
	1. path：指的是所要打开文件具体的路径
	2. arg：所要打开的文件名
	3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾

测试：

#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    //进行进程替换    
    int ret = execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", NULL);    
    //int ret = execl("ls", "ls", "-l", NULL);        //这个填的路径是相对路径，就是相对当前路径来说
    //执行ls -l命令    
    if(ret == -1)    
    {    
      printf("进程替换失败!\n");    
    }    
  }                                                                                                                
  return 0;    
} 

测试结果： （进程替换成功）

②execlp

函数声明：
		int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
参数：
	1. file：指的是所要打开文件的路径，若不加路径，可以在当前路径和PATH环境变量下的路径寻找
	2. arg：所要打开的文件名
	3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾	

测试：

#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    //进行进程替换    
    int ret = execlp("ls", "ls", "-l", NULL);                                                                      
    //执行ls -l命令    
    if(ret == -1)    
    {    
      printf("进程替换失败!\n");    
    }    
  }    
  return 0;    
}

测试结果：

③execle

函数声明：
		int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
参数：
	1. path：指的是所要打开文件具体的路径
	2. arg：所要打开的文件名
	3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾
	4. envp：新的环境变量数组，即新执行程序的环境变量

测试：

#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  printf("before exec: USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));    
    
  char *const env[] = {(char *const)"USER=KKK", (char *const)"HOME=hhhh", NULL};    
  int ret = execle("./process", "process", NULL, env);                                                                                                                                                                                    
  if(ret == -1)    
  {    
    perror("execle");    
    exit(11);    
  }    
    
  printf("After\n");    
  return 0;    
}   

替换的程序：

#include                                                                                                                                                                                                                           
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  printf("USER=%s\n", getenv("USER"));    
  printf("HOME=%s\n", getenv("HOME"));    
  return 0;    
}  

测试结果：

注意：因为一次编译了两个程序，所以我们在编译makefile时，要借用为目标，让其推到自己编译好两个程序

makefile文件：

.PHONY:ALL                                                                                                                                                
ALL:test process    
process:process.cpp    
  g++ -o $@ $^    
    
test:test.c    
  gcc -o $@ $^ -std=c99    
.PHONY:clean    
clean:    
  rm -f test process 

④execv

函数声明：
		int execv(const char *path, char *const argv[]);
参数：
	1. path：替换程序的路径
	2. argv[]：保存的是参数列表，将可执行文件和参数保存到字符串数组中，最后以NULL结尾。

测试：

#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  char *const argv[] = { (char *const)"ls", (char *const)"-a", (char *const)"-l", NULL };                                                                 
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    int ret = execv("/usr/bin/ls", argv);    
    if(ret == -1)    
    {    
      printf("进程替换失败!\n");    
    }    
  }    
  return 0;    
} 

测试结果：

⑤execvp

函数声明：
		int execvp(const char *file, char *const argv[]);
参数：
	1. file:所要打开的文件路径（绝对和相对路径）。也可以在PATH环境变量下寻找
	2. argv：保存的是参数列表，将可执行文件和参数保存到字符串数组中，最后以NULL结尾。

测试：

#include       
#include       
#include       
      
#define ARR_NUM 4                                                                                                                                         
      
int main()      
{      
  char *const argv[ARR_NUM] = { (char *const)"ls", (char *const)"-a", (char *const)"-l", NULL};      
  pid_t id = fork();      
  if(id == 0)      
  {      
    int ret = execvp("ls", argv);      
    if(ret == -1)      
    {      
      printf("进程替换失败!\n");      
    }      
  }      
  return 0;      
}  

测试结果：

⑥execvpe

该函数接口是GNU扩展，所以在使用的时候要加上#define _GNU_SOURCE

函数声明：
		int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
参数：
	1. file:指的是所要打开文件的路径，也可在环境变量PATH下寻找
	2. argv:指的是所要打开文件的名及选项
	3. envp：要传入的环境变量数组

测试代码：(test进程，其中子进程替换成process进程)

#include     
#include     
#include     
#include     
    
#define ARR_NUM 3    
    
extern char** environ;    
    
int main()    
{    
  char *const argv[ARR_NUM] = { (char *const)"process", NULL };    
  char *str =(char *)"MY_VAL=449220104";                                                                                                                  
  putenv(str);    
  pid_t id = fork();    
  if(id == 0)    
  {    
    int ret = execvpe("./process", argv, environ);    
    if(ret == -1)    
    {    
      printf("进程替换失败!\n");    
    }    
  }    
  return 0;    
} 

process:

#include     
using namespace std;    
    
int main(int argc, char *argv[], char *env[])                                                                                                           
{    
  for(int i = 0; env[i]; i++)    
  {    
    cout << "env[" << i << "]: " << env[i] << endl;    
  }    
  return 0;    
}  

测试结果比较长，这里就不展示了。前面再介绍execle函数时，也说了如何编译多个程序

小结

上面我们介绍了exec系列的六种函数接口。这六个函数接口都包含在库文件中，而在这六个接口的底层，无疑调用了系统调用，这个系统调用接口就是execve。

六个函数的命名理解：
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

函数接口	参数格式	是否带路径	是否使用当前环境变量
execl	列表	不是	是
execlp	列表	是	是
execle	列表	不是	需要自己组装环境变量
execv	数组	不是	是
execvp	数组	是	是
execvpe	数组	是	需要自己组装环境变量
execve(系统调用)	数组	不是	需要自己组装环境变量

代码：

  #include     
      
  int main()    
  {    
    char *const argv[] = { "ps", "-axj", NULL };    
    char *const envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL };    
      
    execl("/bin/ps", "ps", "-axj", NULL);    
      
    //带p的，可以使用环境变量PATH    
    execlp("ps", "ps", "-axj", NULL);    
      
    //带e的，需要自己组装环境变量    
    execle("ps", "ps", "-axj", NULL, envp);    
      
    execv("/bin/ps", argv);    
      
    //带p的，可以使用环境变量PATH    
    execvp("ps", argv);    
      
    //带e的，需要自己组装环境变量    
    execve("/bin/ps", argv, envp);    
      
    //带p和e的    
    execvpe("ps", argv, envp);                                                                                                                            
    return 0;    
  }    
    

六个函数的关系图：（去掉了GNU扩展的那个函数）

3. 系统调用——execve

函数声明：
		int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
参数：
	1. path：替换程序的路径
	2. argv：保存的是参数列表，可执行文件和参数保存到字符串数组中，以NULL结尾
	3. envp：新的环境变量数组

测试：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    char *const argv[] = { "ls", "-l", NULL };
    char *const envp[] = { "PATH=/bin", NULL };

    int ret = execve("/bin/ls", argv, envp);
    if (ret == -1) {
        perror("execve");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

测试结果：

4. 总结

1. 子进程被进程替换之后，不会影响父进程。
   虽然说父子进程共享代码和数据，而进程替换也是替换代码和数据，但是本质是由OS再开一块物理空间，将页表的映射关系更改即可

2. C代码可以替换C++程序是因为：操作系统对于正在运行的程序来说，无论是什么语言编写的，它们最终都会被操作系统视为进程来执行。最终都会被编译成机器码，以二进制形式存储在可执行文件中，当操作系统加载可执行文件并创建进程时，它会将这些机器码加载到内存中，并按照指令的顺序执行。

3. 环境变量：子进程默认继承父进程的环境变量，但是进程的独立性，所以父子进程的环境变量也是相互独立的，子进程环境变量的修改不会影响父进程。eg：Shell的环境变量就是在用户登陆时从配置文件.bash_profile中加载

4. 进程的入口：Linux形成的可执行程序是有格式的ELF格式，ELF格式定义了可执行文件的结构和布局。可执行程序被加载到内存时，OS会先读取可执行文件的表头。表头中包含程序的入口地址（程序开始执行的第一个指令的内存地址）

小知识：讲这个的原因，是因为说到了C代码可以替换C++程序，所以进行扩展
test.sh --> 全称.Shell --> Shell脚本
Shell脚本就是把Linux命令放到一个文件
开头-->#!(shebang-->用于指定脚本文件的解释器。作用就是告诉OS用那个解释器执行脚本文件) 所以要紧跟脚本语言对应的解释器。

-----------------------------------
test.py:
#!/usr/bin/python3
print("hello Python!")
-----------------------------------
test.sh:
#!/usr/bin/bash
function myfun()
{
	cnt=1
	while [ $cnt -le 10]
	do
		echo "hello $cnt"
		let cnt++
	done
}
echo "hello 1"
ls -a -l
myfun
-----------------------------------

替换上面的程序：
execl("/usr/bin/bash", "bash", "test.sh", NULL);
execl("/usr/bin/python3", "python3", "test.py", NULL);