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1. 进程程序替换是什么

我们直到一个进程被创建出来，OS会给它分配进程PCB，mm_struct,页表等信息，同时会将程序的代码和数据加载到物理内存是吧；
而进程程序替换就是：正在执行的进程本身的pcb,mm_struct，页表等信息不会发生改变，仅仅把一个新的程序代码和数据替换了原来进程的代码和数据；这就是进程程序的替换；

如下图：我们有个进程，在执行中，如果发生进程程序替换，只不过事把该进程的代码和数据从磁盘加载到了物理内存罢了，其他信息不会变化；
在这里插入图片描述

进程程序替换并不会创建新的进程，它只会加载程序的代码和数据，去替换原来的进程！！！

2. 进程替换函数–exec族

#include <unistd.h>` //exec函数族的头文件
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
  1. 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回；
  2. 如果调用出错则返回-1；
  3. 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值；

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；

在这里插入图片描述

最简单的程序替换程序：

int main()
{
  execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL); //程序替换函数
  printf("这段代码是在execl执行成功是不会执行的\n");
  return 0;
}

在这里插入图片描述

而我们程序替换的本质：
在这里插入图片描述

而我们的程序替换函数，通常不父进程去执行，而是交给子进程执行，因为这也子进程可以做它的事，父进程也可以做自己的事，由于进程之间的独立性，即使子进程去执行execl函数时候，替换的也是子进程的代码和数据，而父进程的代码和数据是不会被影响的；

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

int main()
{
  pid_t pid = fork();

  if(pid == 0){
    //child process 
    execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    //退出子进程
    exit(0);
  }
  //父进程执行的代码
  wait(NULL);
  printf("i am father[%d] ,do my thing ,不会被子进程的[%d]execl函数影响\n",getpid(),pid);
  return 0;
}

在这里插入图片描述

请问：发生了子进程的程序替换，此时：父子进程的代码还是共享的码？

当然不会共享了，此时发生了写时拷贝，也就是会拷贝出一份代码和数据出来，然后子进程再被它的execl函数进行函数替换；

3. execl函数的使用

在这里插入图片描述

4. execv函数的使用

execv和execl也是没啥区别，只不过execv叭execl的以列表形式的传参，变成了以数组形式的传参；

int main()
{
  if(fork() == 0){
 // execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
 	//等价下面的execv("/usr/bin/ls",argv); 
    char*const argv[] = {
      "ls",
      "-a",
      "-l",
      NULL 
    };
    execv("/usr/bin/ls",argv); 
    exit(1);
  }
  int waitRet = waitpid(-1,NULL,0); //阻塞等待所有子进程结束
  if(waitRet< 0){
    perror("wait error\n");
  }
  printf("parent wait child success\n");

  return 0;
}

在这里插入图片描述

5. execlp函数的使用

execlp和execl的区别在于，execlp在第一个参数时候，不需要全路径，只需要写上执行命令的文件名即可，表示你需要执行谁，往后的参数也就是和execl的传参一样；

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>//使用fork,exec函数
#include<sys/wait.h>//使用waitpid
#include<stdlib.h> //使用exit的头文件
int main()
{
  if(fork() == 0){
 // execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    execlp("ls","ls","-a","-l",NULL); //等价上面的execl()
	//虽然这里的第一个参数和第二个参数都一样，但是含义不一样；
	//第一个参数表示iexeclp函数要执行命令的路径文件名，
	//第二个参数表示execlp在命令行上如何执行该命令
    exit(1);
  }
  int waitRet = waitpid(-1,NULL,0); //阻塞等待所有子进程结束
  if(waitRet< 0){
    perror("wait error\n");
  }
  printf("parent wait child success\n");

  return 0;
}

在这里插入图片描述

6. execvp函数的使用

这个函数execvp和execv的区别在于。execvp第一个传参时候，不需要给出要执行命令的绝对路径，只需要给出要执行命令的文件名即可；

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>//使用fork,exec函数
#include<sys/wait.h>//使用waitpid
#include<stdlib.h> //使用exit的头文件
int main()
{
  if(fork() == 0){
 // execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    //execlp("ls","ls","-a","-l",NULL); //等价上面的execl()
    char* const argv[] = {
      "ls",
      "-a",
      "-l",
      NULL 
    };
    //execv("/usr/bin/ls",argv);
    execvp("ls",argv);//等价上面的execv()

    exit(1);
  }
  int waitRet = waitpid(-1,NULL,0); //阻塞等待所有子进程结束
  if(waitRet< 0){
    perror("wait error\n");
  }
  printf("parent wait child success\n");

  return 0;
}

在这里插入图片描述

7. 验证exec函数族执行自己写的程序

  1. makefile 文件，编译链接生成myload和myexe两个文件；
  2. 这两个文件的作用是：myload加载myexe的程序，验证execv函数执行自己写的程序是否可以；
.PHONY:all
all:myload myexe # 该目标文件all不会被生成，是因为没有依赖方法

myload:myload.c
	gcc $^ -o $@
myexe:myexe.c
	gcc $^ -o $@

.PHONY:clean
clean:
	rm -rf myload myexe

myexe.c文件的内容：

#include<stdio.h>

int main(){
  printf("i am myexe\n");
  return 0;
}

myload.c文件

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>//使用fork,exec函数
#include<sys/wait.h>//使用waitpid
#include<stdlib.h> //使用exit的头文件
int main()
{
  if(fork() == 0){
    execl("./myexe","./myexe",NULL);
    exit(1);
  }
  int waitRet = waitpid(-1,NULL,0); //阻塞等待所有子进程结束
  if(waitRet< 0){
    perror("wait error\n");
  }
  printf("parent wait child success\n");

  return 0;
}

测试结果：执行myoad，成功加载了myexe程序；
在这里插入图片描述

8. execle 和 execve函数的使用

这个函数只是比execl多了一个e,表示最后一个参数需要给execle传入自定义的环境变量数组；
它的使用情况是：假如你要给一个你需要执行新的程序，加载一些自定义的环境变量给新的程序时候，你可以使用该函数；

测试：
myexe.c文件：打印环境变量的值，这个文件假如自己执行自己的话，那么就打印默认的环境变量；
假如其他文件使用execle传参给myexe.c环境变量，myexe.c就会执行该execle传过来的环境变量；

#include<stdio.h>

int main(){
  extern char** environ; //系统提供的环境变量指针，指向环境变量的指针数组
  int i = 0;
  for(;environ[i];i++){
    printf("%s\n",environ[i]);
  }
  return 0;
}

myload.c文件：使用execle函数，给该函数传递环境变量；使得myexe可执行程序可以获得该myload.c传递过去的环境变量；

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>//使用fork,exec函数
#include<sys/wait.h>//使用waitpid
#include<stdlib.h> //使用exit的头文件
int main()
{
  if(fork() == 0){
    char* const env[] = {
      "MYENV0=123",
      "MYENV1=456",
      "MYENV2=789",
      NULL 
    };
     //char* const argv[] = {
    //	 	"./myexe",
   //  		NULL
    //};
    execle("./myexe","./myexe",NULL,env);
    //execlv("./myexe",argv,,env); //等价上execle的方式
    exit(1);
  }
  int waitRet = waitpid(-1,NULL,0); //阻塞等待所有子进程结束
  if(waitRet< 0){
    perror("wait error\n");
  }
  printf("parent wait child success\n");

  return 0;
}

测试结果：
在这里插入图片描述

9. exec函数族使用的总结

  1. 有了exec函数族我们就可以用它来调用任何程序，也就是说，你还可以在C/C++，可以调用其他任何语言，比如python，Java等程序；
  2. 这些exec函数的接口函数本质是没有任何差别的，只是参数选项不同罢了；
  3. 为什么有那么多种接口，本质满足不同引用场景而已；
  4. 这些函数之间的调用关系，本质都会调用系统调用函数execve；
    在这里插入图片描述
# c语言 # c++
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