【进程控制二】进程替换和bash解释器

通过fork创建的子进程，会继承父进程的代码和数据，因此本质上还是在执行父进程的代码
进程替换可以将别的进程的代码替换到自己的代码区，让自己去执行别人的代码
进程替换是通过exec系列系统调用接口实现的

1.exec系列接口

先看看man手册中的exec接口：

这些接口健壮度很高，就算错误地使用了接口，结果也不容易出错

2.execl系列

execl隶属于exec系列，加上l代表list，表示参数采用列表

2.1execl接口

int execl(const char *pathname, const char *arg, ...);

• pathname：指定用于替换的进程的路径
• arg：以何种方式运行进程
• ...：以何种方式运行该进程
• NULL：当参数列表list结束，必须以NULL结尾
• 返回值：如果调用成功，该函数不会返回，因为当前进程的映像被替换

我们现在要替换ls指令到自己的进程中，ls指令在/usr/bin/ls中
我们希望以ls -l -a的形式来调用这个进程，因此我们的三个参数 “ls”, “-l”, "-a"就是这个指令拆分出来的三个字符串
最后以NULL结尾

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>int main()
{printf("程序替换前\n");execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);//执行ls -l并替代当前进程printf("程序替换后\n");     return 0;
}

输出结果：

我们成功在当前进程中替换成了ls指令，并以ls -l -a的形式调用
但没有打印“程序替换后”，因为进程替换是用别的进程的代码区覆盖掉自己原先的代码区，所以execl一旦执行，整个进程的代码都被替换了，那么printf(“程序替换后\n”);就会被覆盖掉，最后不输出

2.2execlp接口

int execlp(const char* file, const char* arg, ... );

• file：指定替换的进程名称（不用指明路径，会自动去环境变量PATH指定的路径中查找）
• arg：以何种方式运行进程
• ...： 运行该进程的选项
• 最后以NULL结尾
• 返回值：如果调用成功，该函数不会返回，因为当前进程的映像被替换

int main()    
{    printf("程序替换前\n");    execlp("ls","-ls"，"-l","-a",NULL);  printf("程序替换后\n");        return 0;    
} 

2.3execle

int execle(const char *pathname, const char *arg, ... ,char *const envp[] );

• pathname：指定用于替换的进程的路径
• arg：以何种方式运行进程
• ...：以何种方式运行该进程
• NULL：当参数列表list结束，必须以NULL结尾
• envp：指针数组存储环境变量，用于设置新程序的环境变量,数组必须以 NULL 结束
• 返回值：如果调用成功，该函数不会返回，因为当前进程的映像被替换

int main()    
{    const char* _env[] = {"My_env = 666666666666666666666",NULL};printf("程序替换前\n");    execlp("/usr/bin/ls","-ls","-l","-a",NULL,_env);  printf("程序替换后\n");        return 0;    
} 

execle可以给替换后的进程指定环境变量表

3.execv系列

v就是vector，以数组的形式，把选项都存在数组中，将整个数组传入

3.1execv

int execv(const char *pathname, char *const argv[]):

• pathname：指定用于替换的进程的路径
• argv：指定以何种方式调用进程，将这些选项存储在一个数组中

int main()    
{    char* set[] = {"ls","-a","-l",NULL};printf("程序替换前\n");    execv("/usr/bin/ls",set);  printf("程序替换后\n");        return 0;    
} 

将我们要执行程序的方法用数组存起来再把数组传过去

3.2总结

其他接口就不一一演示了
健壮度演示：

int main()    
{    char* set[] = {"ls","-a","-l",NULL};printf("程序替换前\n");    execvp("/usr/bin/ls",set);  //自动查找可执行文件并执行，但我们主动传递了文件路径也不会出错printf("程序替换后\n");        return 0;    
} 

虽然使用的是execvp，但我们主动传递了文件路径也不会出错

4.实现一个bash解释器

接下来要把字符串以空格为分割进行打散，strtok函数可以帮助我们实现

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>#define NUM 1024//输入命令行字符串
#define SIZE 64 //打散后的命令行字符串
#define SEP " " //字符串分隔符int lastcode = 0;//上个进程的退出码const char* getUsername()
{const char* name = getenv("USER");if(name) return name;else return "none";
}const char* getHostname()
{const char* hostname = getenv("HOSTNAME");if(hostname) return hostname;else return "none";
}const char* getCwd()
{const char* cwd = getenv("PWD");if(cwd) return cwd;else return "none";
}int GetUserCommand(char* command,int num)
{printf("[%s@%s %s]#",getUsername(),getHostname(),getCwd());fgets(command,num,stdin);//在fgets()函数的眼里，换行符’\n’也是它要读取的一个普通字符而已。在读取键盘输入的时候会把最后输入的回车符也存进数组里面，即会把’\n’也存进数组里面command[strlen(command) - 1] = '\0';//将输入的\n清除掉return strlen(command);
}void CommandSplit(char* in,char* out[])
{int argc = 0;out[argc++] = strtok(in,SEP);while(out[argc++] = strtok(NULL,SEP));
}int execute(char* argv[])//执行命令
{pid_t id = fork();if(id < 0) return -1;else if(id == 0)//child process{execvp(argv[0],argv);//程序替换}else//father process{int status = 0;pid_t rid = waitpid(id,&status,0);if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);//刷新退出码}}return 0;
}int main()
{	while(1){char UserCommand[NUM];//用于保存即将输入的命令行字符串char* argv[SIZE];//保存将会被打散的字符串//GetUserCommand(UserCommand,sizeof(UserCommand));//打印提示符&&获取用户命令字符串CommandSplit(UserCommand,argv);//分割字符串execute(argv);//执行命令}return 0;
}

4.1内建命令

我们实现bash后，可能会遇见一个问题：cd指令进入某个文件夹似乎没用

因为指令cd是进入某个文件夹，而进入此文件夹当然是由当前的父进程进入
如果由子进程去执行，由于写时拷贝的原因父进程并不会进去
对于像cd这样的指令我们称为内建命令，也就是不能让子进程来完成的命令，只能父进程亲自执行

我们需要主动添加内建命令的判断

char cwd[1024];//父进程要进入的文件路径char* homepath()
{char* home = getenv("HOME");if(home) return home;else return (char*)".";
}
void cd(const char* path)
{chdir(path);//切换当前的工作目录char tmp[1024];getcwd(tmp,sizeof(tmp));sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp);putenv(cwd);
}
int doBuildin(char* argv[])
{if(strcmp(argv[0], "cd") == 0){char *path = NULL;if(argv[1] == NULL) path = homepath();else path = argv[1];cd(path);return 1;}return 0;
}

内建命令不止cd，像export，kill和history等等也是内建命令

完整代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>#define NUM 1024//输入命令行字符串
#define SIZE 64 //打散后的命令行字符串
#define SEP " " //字符串分隔符int lastcode = 0;//上个进程的退出码
char cwd[1024];//父进程要进入的文件路径const char* getUsername()
{const char* name = getenv("USER");if(name) return name;else return "none";
}const char* getHostname()
{const char* hostname = getenv("HOSTNAME");if(hostname) return hostname;else return "none";
}const char* getCwd()
{const char* cwd = getenv("PWD");if(cwd) return cwd;else return "none";
}int GetUserCommand(char* command,int num)
{printf("[%s@%s %s]#",getUsername(),getHostname(),getCwd());fgets(command,num,stdin);//在fgets()函数的眼里，换行符’\n’也是它要读取的一个普通字符而已。在读取键盘输入的时候会把最后输入的回车符也存进数组里面，即会把’\n’也存进数组里面command[strlen(command) - 1] = '\0';//将输入的\n清除掉return strlen(command);
}void CommandSplit(char* in,char* out[])
{int argc = 0;out[argc++] = strtok(in,SEP);while(out[argc++] = strtok(NULL,SEP));
}char* homepath()
{char* home = getenv("HOME");if(home) return home;else return (char*)".";
}
void cd(const char* path)
{chdir(path);//切换当前的工作目录char tmp[1024];getcwd(tmp,sizeof(tmp));sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp);putenv(cwd);
}
int doBuildin(char* argv[])
{if(strcmp(argv[0], "cd") == 0){char *path = NULL;if(argv[1] == NULL) path = homepath();else path = argv[1];cd(path);return 1;}return 0;
}int execute(char* argv[])//执行命令
{pid_t id = fork();if(id < 0) return -1;else if(id == 0)//child process{execvp(argv[0],argv);//程序替换}else//father process{int status = 0;pid_t rid = waitpid(id,&status,0);if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);//刷新退出码}}return 0;
}int main()
{	while(1){char UserCommand[NUM];//用于保存即将输入的命令行字符串char* argv[SIZE];//保存将会被打散的字符串//GetUserCommand(UserCommand,sizeof(UserCommand));//打印提示符&&获取用户命令字符串CommandSplit(UserCommand,argv);//分割字符串int n = doBuildin(argv);//判断是否是内建命令并执行if(n) continue;execute(argv);//执行命令}return 0;
}