7. 进程控制-进程替换

目录

1. 进程替换

1.1 单进程版：

1.2 进程替换的原理

1.3 多进程版-验证各种程序替换接口

2. 进程替换的各种接口

2.1 execl

2.2 execlp

2.3 execv

2.4 execvp

2.5 execle

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1. 进程替换

上图为程序替换的接口，之后会详细介绍。

1.1 单进程版：

        最简单的看看程序替换的效果：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>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;
}

        我们可以看到，before...执行了，然后执行了execl里的内容，最重要的是after...的内容没有被执行。这就叫程序替换。

1.2 进程替换的原理

       让我们分析一下上面代码的执行过程，刚开始肯定执行本代码，也就是before，然后execl，关键就在于这个接口，这个接口是执行了 ls -l -a，但并不是创建新进程去执行这个指令，而是在这个进程上，直接替换代码和数据，从新程序的main处开始运行，新程序的code和data替换掉老的。

        也就是说我们运行起来的 myproc 这个进程，在运行到execl时，这个进程的代码和数据被换成了 execl 中的命令内容的代码和数据。

1.3 多进程版-验证各种程序替换接口

int main()
{//多进程版的程序替换pid_t id = fork();if(id == 0){printf("before: i am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());sleep(5);execl("/usr/bin/top", "top", NULL);printf("after: i am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());exit(0);}//fatherpid_t ret = waitpid(id, NULL, 0);if(ret > 0)printf("wait success, father pid: %d, ret id: %d\n", getpid(), ret);sleep(5);return 0;

程序一运行起来就有两个进程，其中一个是子进程，替换后就结束了，然后父进程5秒后也退出。

有几个现象结论：

1. 子进程执行程序替换，不会影响父进程父进程在等待子进程结束，没有直接top完就退出
2. execl时，替换数据时发生写时拷贝，此时替换的代码也发生了写时拷贝！子进程的代码被替换，但是父进程的还在执行。
3. 程序替换有无创建新进程呢？进程最多都是两个，所以没有！

程序替换成功之后，exec*之后的代码不会被执行；如果替换失败呢？才可能执行后续的代码，所以exec*系列的函数，只有失败返回值，没有成功返回值，因为成功了就替换成功了，显示被替换后的代码的结果。

我们的CPU如何知道程序的入口地址在哪？代码区这么大，程序替换后的main在哪里呢？

2. 进程替换的各种接口

通过对接口参数的学习，我们可以回答上面的问题。

文章一开头的图片就是这一系列的各种接口，有6个，但是其实有7个，剩下那个不在这个手册里。

我们这里介绍5个，剩下的就都知道怎么用了。

2.1 execl

exec是一样的，l 代指 list。

所以这一系列的函数的第一个参数：你要执行一个程序的第一件事情是什么？就是先找到这个程序！这个参数就是决定如何找到程序的，什么路径下的什么程序！

找到这个程序之后，接下来要怎么办？就是如何执行这个程序，主要就是要不要涵盖选项，涵盖哪些？所以从第二个参数开始，命令行中怎么输入，就怎么输入！只不过都要加上""

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

最后的NULL是必须要加的。

2.2 execlp

        我们发现它的第一个参数是file，不是path，说明第一个参数只用写明文件就行，不需要指明路径（当然指明也是可以的），它会自动去PATH环境变量中去找这个指令。

execlp("ls", "ls", "-l", NULL);

2.3 execv

        这个接口的最后一个是 v，表示vector，这种不外乎是将传参的形式改变了，之前是传list，现在是传个vector。

char* const myargv[] = {"ls","-l","-a",NULL
};execv("/usr/bin/ls", myargv);

exec 会在内部把命令行参数传给ls，exec就是代码层面的加载器，把可执行程序导到内存里。

2.4 execvp

一带p就不用写path，只写file就可以。带v就是把传的参数列表换成vector

2.5 execle

这个e是我们没见过的，它的意思是环境变量，意味着我们可以自己往里传环境变量，前面的命令行参数我们知道可以在内部传给指令，那这个环境变量会传给替换后的代码吗？

在验证这个问题之前，先来讲一些前置知识：

1. 怎么用一个makefile生成两个可执行文件？

我们都知道makefile会把它碰到的第一个文件定位目标文件，那怎么能有两个目标文件呢？总得有个先后吧，所以我们可以这样处理：

.PHONY:all
all:otherExe mycommandotherExe:otherExe.cppg++ -o $@ $^ -std=c++11
mycommand:mycommand.cgcc -o $@ $^ std=c99
.PHONY:clean
clean:rm -f mycommand otherExe

接下来我们实现一下：一个可执行程序调用另一个可执行程序：

mycommand.c 中可以通过exec系列接口调用其他可执行程序，当然这个可执行程序也得是编译好的，所以需要一个makefile编译两个文件。

int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("before: i am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());execl("./otherExe", "otherExe", NULL);}return 0;
}

这里有一个小问题：我们在调用 otherExe时，是 ./otherExe 这样执行，为什么我们传的第二个参数是otherExe，而不是 ./otherExe 呢？

• 因为前面已经说明它在哪里了，这里就不用再写一遍了

既然我一个C程序可以调用C++程序，那能不能调用其他语言写的程序呢？

让我们来验证一下：

脚本语言（所谓的脚本语言就是bash从文件中一行一行的执行）：test.sh：

#!/usr/bin/bashecho "hello 1"
echo "hello 1"
echo "hello 1"
echo "hello 1"
echo "hello 1"
echo "hello 1"
echo "hello 1"
ls -a -l

要注意直接./test.sh是不能执行的。

int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("before: i am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());//execl("./otherExe", "otherExe", NULL);execl("/usr/bin/bash", "bash", "test.sh", NULL);}return 0;
}

这样就可以在C程序中执行脚本代码，还可以发现其他什么 .py 这种python文件也一样可以运行。

无论是我们的可执行程序，还是脚本，为什么能跨语言调用呢？？？

这是因为：所有的语言写成的运行起来，本质都是进程！！！只要是进程，就能用exec系列接口调用。

回到正题：将这个的目的就是为了验证execle时，要传环境变量，因为我们自己写的程序是可以让他输出环境变量、命令行参数的，所以要用我们自己写的程序验证是否传入成功。

这时就需要观察：由一个程序形成的环境变量如何导给另一个程序（需要我们自己写程序并且一个调用另一个）

先来验证一下命令行参数：我们前面的结论说，命令行参数会在接口内部传给那个命令。

mycommand.c：

int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("before: i am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());char *const myargv[] = {"otherExe","-a","-b","-c",NULL};execv("./otherExe", myargv);}return 0;
}

它会把这些个命令行参数传给 otherExe，然后otherExe.cpp：

int main(int argc, char *argv[])
{cout << argv[0] << " begin running" << endl;for(int i=0; argv[i]; i++){cout << i << ":" << argv[i] << endl;}cout << argv[0] << " stop running" << endl;return 0;
}

他会接收到命令行参数，然后打印出来，事实上的效果：

可以看到命令行参数确实传递成功了。

接下来验证一下环境变量：

将otherExe修改成：

int main(int argc, char *argv[], char* env[])
{cout << argv[0] << " begin running" << endl;cout << "这是命令行参数" << endl;for(int i=0; argv[i]; i++){cout << i << ":" << argv[i] << endl;}cout << "这是环境变量" << endl;for(int i=0; env[i]; i++){cout << i << ":" << env[i] << endl;}cout << argv[0] << " stop running" << endl;return 0;
}

我们可以看到：我们调用execv，只传了命令行参数，都没传环境变量，就能打印出来。

环境变量是什么时候给进程的呢？

环境变量也是数据，在创建子进程的时候，环境变量已经被子进程继承下去了！！！

所以即便没传，也有上面继承下来的环境变量。

所以，程序替换中，环境变量信息不会被替换！会一路继承。

bash创建一个子进程，会传给它环境变量，./mycommand也会创建进程，程序替换后调用./otherExe，也会创建进程，一路继承。

如果不想让bash创建环境变量，非要在mycommand中创建环境变量也是可以的：

• putenv("PRIVATE_ENV=2025516");

• extern char** environ;
  execle("./otherExe", "otherExe", "-a", "-b", NULL, environ);

  这个environ就是父进程环境变量

自定义环境变量也是可以的，但是这样传过去就只有自己定义的环境变量了，其他的就看不到了。

所以我们想给子进程传递环境变量，该怎么传递？？

1. 新增环境变量
   1. 父进程地址空间中直接putenv
   2. bash直接添加
2. 彻底替换