Linux--进程的程序替换

问题导入：

前面我们知道了，fork之后，子进程会继承父进程的代码和“数据”（写实拷贝）。

那么如果我们需要子进程完全去完成一个自己的程序怎么办呢？

进程的程序替换来完成这个功能！

1.替换原理

⽤fork创建⼦进程后执⾏的是和⽗进程相同的程序(但有可能执⾏不同的代码分⽀),⼦进程往往要调⽤⼀种 exec函数 以执⾏另⼀个程序。当进程调⽤⼀种exec函数时,该进程的⽤⼾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。调⽤exec并不创建新进程,所以调⽤exec前后该进程的id并未改变。

我们先用一个简单的示例来见见进程替换：

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

利用最简单的exec函数，这里的path是可执行程序的地址，文件的地址可以用指针来表示，const char *arg，...这里表示可变参数，说明可以传入多个参数。

1.1可变参数

具体可见：

C 语言通过 <stdarg.h> 实现可变参数，图里重点用到这些：

• va_list：参数列表类型，本质是指针（比如 va_list args ，用来 “指向” 可变参数在栈里的位置）。
• va_start(args, count)：初始化，让 args 指向可变参数的 “起始位置”（count 是固定参数，用来定位可变参数从哪开始）。
• va_arg(args, double)：逐个取参数，按类型（这里是 double）从栈里读数据，读完后 args 自动指向下一个参数。
• va_end(args)：收尾清理，释放 va_list 相关资源（有些环境里是 “形式上” 的规范，实际也需调用）。

 栈内存视角：参数怎么存？

右侧 “栈帧”（main 调用 sum 的栈结构）是关键：

• 固定参数：count（图里是 3）是固定参数，先入栈，用来告诉函数 “可变参数有几个”。
• 可变参数：1.0、2.0、3.0 这些可变参数，按从右到左顺序入栈（C 语言调用约定常见规则），存在栈里等待读取。

 

代码里 sum(3, 1.0, 2.0, 3.0) 调用时，栈里布局大致是：

 

高地址 →  [count=3]  [1.0]  [2.0]  [3.0]  ← 低地址  

 

（实际栈增长方向是 “高地址 → 低地址”，但参数入栈顺序是 3 先压，然后 1.0、2.0、3.0 依次压，所以低地址侧是可变参数）

 代码流程：怎么读可变参数？

结合图里 sum 函数逻辑，流程是：

1. 初始化：va_start(args, count) → 让 args 指向可变参数起始位置（跳过固定参数 count，指向第一个可变参数 1.0 所在栈地址 ）。
2. 循环读取：va_arg(args, double) → 每次按 double 类型从栈里取数据，累加到 total。取完后，args 自动偏移（因为 double 占 8 字节，所以 args 会 += sizeof(double) 指向下一个参数 ）。
3. 收尾：va_end(args) → 释放资源，结束可变参数处理。

 类比 printf：可变参数的 “通用逻辑”

图里也提到 printf(const char *format, ...) ，它的逻辑和 sum 类似：

 

• format 是固定参数（类似 count），用来 “描述可变参数的类型、个数”（比如 %d 对应 int，%f 对应 double ）。
• 内部也是用 va_list 读取可变参数，按 format 里的占位符，逐个解析栈里的数据。

1.2 简单使用

知道可变参数之后我们开始简单使用一下execl，

通过以上例子我们提出两个疑问。

（1）为什么没打印“进程结束”？

（2）如果是在子进程中执行exec可以替换子进程的代码的数据吗？

好的，我们一一解决

（1）为什么没打印“进程结束”？

        替换了，你的进程，已经执行另一个程序的代码了你自己的代码，已经没有了!!

        程序替换函数，一旦调用成功，后续代码，不在执行，因为没有了!

如果失败呢??

        失败的话就会回到原代码，并且exe系列函数会有一个返回值，exe系列的函数，只要返回，必然失败! 程序替换，如果成功，不需要，也不会有返回值! 失败返回-1

（2）如果是在子进程中执行exec可以替换子进程的代码的数据吗？

子进程执行一个全新的程序，会影响父进程吗?不会!!进程必须具有独立性(父子代码共享，数据写时拷贝啊)

你可以理解成为，代码如果被替换，也要进行写时拷贝，会在内存中为子进程开辟数据的代码的空间。

由此可见，execl在这里就是起到一个加载器的作用。

2.exe家族的其他接口

这里我们在linux的命令行中man 一下exec。

可见，这里有六个接口，其实有七个，还有一个我们稍后再讲。

2.1命名理解

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PATH

• e(env) : 表⽰⾃⼰维护环境变量

函数名	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	不是，须自己组装环境变量
execv	数组	不是	是
execvp	数组	是	是
execve	数组	不是	不是，须自己组装环境变量

2.2exe家族的使用 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);// 带p的，可以使⽤环境变量PATH，⽆需写全路径execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);// 带e的，需要⾃⼰组装环境变量execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);execv("/bin/ps", argv);// 带p的，可以使⽤环境变量PATH，⽆需写全路径execvp("ps", argv);// 带e的，需要⾃⼰组装环境变量execve("/bin/ps", argv, envp);exit(0);
}

函数的使用比较简单，可以拿着格式自己试试，同时需要注意的是，这里的argv和envp是我们之前学到的命令行参数和环境变量，可以拿自己也可以直接在main函数中接收，可以直接拿着父进程的用，如果都要可以使用putenv（）函数。

还有个点值得注意，在你的进程的地址空间，就如同全局变量一样，如果你不以参数形式传递给子进程，子进程也照样能拿到!!!!地址空间和页表!!!

3.六个接口与第七个的关系

上面我们不是提到了第七个接口，其实他叫做execve。

事实上,只有execve是真正的系统调⽤,其它六个函数最终都调⽤execve,所以execve在man⼿册 第2节, 其它函数在man⼿册第3节。

这些函数之间的关系如下图所⽰