【Linux】详解进程程序替换

一、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。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。程序替换所做的本质工作就是将代码和数据加载到内存。

替换系统命令时命令行怎么写，参数就怎么传，参数以NULL结尾。程序替换一旦成功，exec*后序的代码不再执行。因为原程序的数据和代码被替换掉了。exec*程序替换接口只有失败返回值，没有成功返回值。

二、子进程进行程序替换

通过子进程进行程序替换可以让子进程帮我们去做一部分工作，而且子进程发生程序替换不会影响父进程执行，因为替换时代码和数据会发生写时拷贝。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
        exit(0);
    }

    pid_t rid = waitpid(id, NULL, 0);
    printf("wait success!\n");
    return 0;
}

2.1、让子进程执行我自己的程序

我自己写了一个C++程序，向替换子进程帮我跑一下：

//C++程序
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{

    cout << "Hello Linux!" << endl;
    cout << "Hello Linux!" << endl;
    cout << "Hello Linux!" << endl;
    cout << "Hello Linux!" << endl;

    return 0;
}

C程序：

//让子进程执行我自己写的程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        execl("./mytest", "./mytest", NULL);
        exit(0);
    }

    pid_t rid= waitpid(id, NULL, 0);
    if(rid > 0)
    printf("wait success!\n");
    return 0;
}

执行结果如下，证明了我们不仅仅可以替换子进程执行系统程序，还可以替换子进程执行我们的程序。无论是什么语言，只要能在Linux系统下跑，都可以用exec系列的接口进行程序替换，exec系列的接口只认二进制代码和数据。

三、各种exec接口

其它六个接口在底层都封装了execve系统调用接口。

3.1、execlp

exec接口中，l意为list，表示参数列表，v意为vector，就指的是数组。名字中带p的这个p指的是PATH，也就是说你不用告诉系统，程序在哪里，只要告诉我名字就行，系统会自动到你这个进程的PATH环境变量中所保存的路径中寻找。execlp只有第一个参数和execl不同，其余参数都相同。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        exit(0);
    }

    pid_t rid = waitpid(id, NULL, 0);
    printf("wait success!\n");
    return 0;
}

3.2、execv/execvp

execv的用法与execl的用法大致相同，只不过将execl后面的可变参数列表换成一个指针数组。execvp也只是将execv前面的路径换成程序名而已。不过这里要强调的是：不要忘了路径最前面的那一个斜杠，还有数组的结束标志是NULL，一定要在数组的最后加上NULL。

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        char* argv[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
        //execvp("ls", argv);
        execv("/usr/bin/ls", argv);
        exit(0);
    }

    pid_t rid= waitpid(id, NULL, 0);
    if(rid > 0)
    printf("wait success!\n");
    return 0;
}

3.3、execle/execvpe/execve

程序替换不会替换环境变量数据。可以通过地址空间继承的方法，让子进程拿到父进程的所有环境变量。如果我们想传递全新的环境变量表给子进程，就要使用带e的程序替换接口。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
         char* env[] ={"aaa=bbbbbbbbbbbbbbbb", NULL};
         execle("./mytest", "./mytest",NULL,  env);
        exit(0);
    }

    pid_t rid= waitpid(id, NULL, 0);
    if(rid > 0)
    printf("wait success!\n");
    return 0;
}