【Linux进程控制(二)】进程程序替换(exec系列函数) and 自实现shell命令解释器
一、进程替换是什么？
fork()之后，父子各自执行父进程代码
的一部分。如果子进程想执行全新程序
就会用到进程的程序替换来完成这个功能
程序替换：通过特定接口，加载磁盘
上的一个权限程序(代码和数据)
加载到调用进程的地址空间中
以达到让子进程执行其他程序的目的
将新的磁盘上的程序加载加载到内存
并和当前进程页表重新建立映射
用操作系统相关接口即可完成
二、execl系列函数
man execl 查看exec系列函数
一共有6个函数，这些函数都是
成功无返回值失败返回 -1以NULL作为结束标识符且都属于exec系列函数
我们先演示最简单的execl函数
execl = exec + l
表示它属于exec系列里的execl系列函数
l 表示list，即后面传参时一个个往后跟
像链表的结点一样去传参
execl 是程序替换，该函数调用成功之后
会将当前进程所有代码和数据都进行替换
包括已执行的和没执行的
代码测试
int main()
{
printf("当前进程的开始代码\n");
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
printf("当前进程的结束代码\n");
return 0;
}
测试结果
本来要执行后面的
printf(“当前进程的结束代码\n”);
被替换成 ls -l 命令
execlp函数
execlp函数名中p表示PATH
即这个函数会自己在环境变量(PATH)
中进行查找，不用自己传路径
代码测试
#define NUM 16
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
// 子进程
// ls -a -l
printf("子进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
// execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
exit(1);
}
else
{
// 父进程
printf("父进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
int status = 0;
pid_t id = waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞等待
if (id > 0) // 等待成功
{
// 打印子进程退出码
printf("wait success exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}
测试结果
execle函数
execle函数比execl函数多个一个参数
这个参数就是环境变量
// mycmd.c
int main() {
printf("获取环境变量: my_l: %s\n", getenv("my_l"));
return 0;
}
// myproc.c
#define NUM 16
const char* myfile = "./mycmd";
int main()
{
// 定义一个环境变量，环境变量名my_l后面的=不要空格
char* const _env[NUM] = { (char*)"my_l=999777888666", NULL };
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
// 子进程
printf("子进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
char* const argv[NUM] = { (char*)"ls", (char*)"-a", (char*)"-l", NULL };
execle(myfile, "mycmd", "-a", NULL, _env);
exit(1);
}
else
{
// 父进程
printf("父进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
int status = 0;
pid_t id = waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞等待
if (id > 0) // 等待成功
{
// 打印子进程退出码
printf("wait success exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}
通过execle函数
用一个可执行文件(myproc.c)
执行另一个可执行文件(mycmd.c)
并通过另一个可执行文件(mycmd.c)
获取可执行文件(myproc.c)里定义的
环境变量并打印
执行结果
三、execv系列函数
execv = exec + v
表示它属于exec系列里的execv系列函数
v 表示vector，即后面传参时把你要传的
参数构建成一个指针数组传过去
execv函数
可以看到execl和execv除了
传参的方式不一样其他都一样
代码测试
#define NUM 16
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
// 子进程
// ls -a -l
printf("子进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
char* const argv[NUM] = { (char*)"ls", (char*)"-a", (char*)"-l", NULL };
execv("/usr/bin/ls", argv);
// execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
exit(1);
}
else
{
// 父进程
printf("父进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
int status = 0;
pid_t id = waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞等待
if (id > 0) // 等待成功
{
// 打印子进程退出码
printf("wait success exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}
测试结果
execvp函数
我们学习上面几个函数
其他函数就很简单了
用法都是类似的
// 还是上面的代码，函数改成execvp函数
char* const argv[NUM] = { (char*)"ls", (char*)"-a", (char*)"-l", NULL };
execvp("ls", argv);
运行结果: 可以看到是能正常运行的
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PATHe(env) : 表示自己维护环境变量
所有的接口底层都是调用
execle系统接口
四、如何执行其他C、C++二进制程序
形成两个可执行程序
用一个可执行程序
调用另一个可执行程序
代码实现
// 另一个可执行程序地址
const char* myfile = "/home/ff/Gogh/tempfile/2023/mycmd";
// const char* myfile = "./mycmd"; // 绝对路径和相对路径都是可以的
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
// 子进程
printf("子进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
execl(myfile, "mycmd", "-a", NULL);
// execlp("./mycmd", "./mycmd", NULL); 用execlp调用另一个可执行程序
exit(1);
}
else
{
// 父进程
printf("父进程开始运行，pid: %d\n", getpid());
int status = 0;
pid_t id = waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞等待
if (id > 0) // 等待成功
{
// 打印子进程退出码
printf("wait success exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}
另一个可执行程序代码
#include 运行结果
用一个可执行程序执行
其他语言的可执行程序
// 还是上面的代码
execlp("python", "python", "test.py", NULL);
通过上面的代码实现可以发现
exec*函数：功能就是加载器的底层接口
五、自实现shell命令解析器
shell执行命令通常有两种
第三方提供的对应在磁盘中有具体
二进制文件的可执行程序(由子进程执行)shell内部自己实现的方法，由父进程执行
shell代表用户，有些命令会影响shell本身
比如cd，export等
#include 扩展
程序替换会替换代码和数据
但环境变量相关的数据不会被替换
这也体现了环境变量具有全局属性
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