【进程替换】多进程程序替换原理 | 进程程序替换函数 | execlexecv | execlpexecvp

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多进程程序替换

多进程程序替换原理

进程程序替换函数详解

execl&execv

execlp&execvp

execle&execvpe 

execve

多进程程序替换

  • 我们想要进程替换的同时不影响旧的进程（使用多进程版）
  • fork创建子进程，让子进程去替换执行新程序（因为替换进程本身不会创建新的进程）
  • 父进程依旧执行旧的进程，且等待子进程（非阻塞等待）
  • 父进程只等待子进程（阻塞等待）
  • 子进程可以替换系统指令，也可以替换我们自己的程序，只要是一个可执行程序都可以替换。
  • 两全其美：既让子进程完成了任务，又不能让父进程受到影响

说明fork创建子进程完成任务：

  • 让子进程执行父进程代码的一部分
  • 让子进程执行一个全新的程序
  • 基于进程间的独立性原则。
  • fork创建的子进程默认在不修改的前提下，父子进程的数据和代码时共享的。
  • 子进程发生了进程替换，相当于发生写入，发生了写时拷贝。
  • 执行一个全新的程序，父子进程是独立的，所以不仅数据要写时拷贝，代码也要发生写时拷贝。只要程序替换成功了，父子进程无论是代码/数据在内核数据结构层面上，数据代码层面上彻底分开了。

子进程发生程序替换：

  • 共享父进程的数据代码
  • 暂停了把新程序的代码和数据从磁盘到内存的加载/写入
  • 发生写时拷贝
  • 开启加载/写入（页表的权限会改变）
  • 重新建立映射关系
 1: testexec.c 1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL);                                                            16     exit(1);17   }18   //father19   int status = 0;20   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);21   if(rid > 0)22   {23     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));24   }25   printf("testexec... end!\n");26   return 0;27 }//测试失败
execl("/usr/bin/lsss","lsss","-l","-a",NULL);

【测试成功】细看退出码

【测试失败】细看退出码

 

多进程程序替换原理

  • 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，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。

进程程序替换函数详解

前篇粗略的介绍了下替换函数，现在一个一个详解介绍。使用所有的替换方法，并且认识函数参数的含义

  • OS中默认进程程序替换函数有6个库函数和1个系统调用函数。
  • 其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数
#include <unistd.h>`
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[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);
//系统调用函数
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

execl&execv

  • l：list列表
  • int execl(const char *path, const char *arg, ...); 
  • path：表示替换程序的路径（绝对/相对路径均可）☞☞怎样找到可执行程序需告知
  • arg：可变参数，在命令行中怎么执行，就怎么传参。☞☞你想怎么执行
  • arg形成命令行参数表传给ls指令的可执行程序main函数接收使用
  • 注意❗最后必须以NULL结尾
  • V：Vector动态数组
  • int execv(const char *path, char *const argv[ ]);
  • path：表示替换程序的路径（绝对/相对路径均可）☞☞怎样找到可执行程序需告知
  • argv：指针数组（可变参数与其一个一个传参，直接放到数组里面，传数组即可）（带入命令行参数表）
  • argv被当作命令行参数表传给ls指令的可执行程序main函数接收使用
  • 字符串的类型是const char*变成char*需要强转
  • 注意❗最后必须以NULL结尾
  • 这两个函数只是在传参形式上发生了变化，实际上没有区别。
  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL);  //❗                                                          16     exit(1);17   }//1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     char *const argv[] =16     {17       (char*)"ls",18       (char*)"-l",                                                                                       19       (char*)"-a",20       (char*)"--color",21       NULL22     };23     execv("/usr/bin/ls",argv); //❗24     exit(1);25   }26   //father27   int status = 0;28   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);29   if(rid > 0)30   {31     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));32   }33   printf("testexec... end!\n");34   return 0;                                                                                              35 }

execlp&execvp

  • p：环境变量PATH
  • 带p的函数不用带绝对/相对路径传递参数了，表示用户可以不传递替换程序的路径（但是要传递可执行程序的文件名file）
  • 用户可以不传递要执行的文件路径（文件名要传），直接告诉exec*，我要执行谁即可。
  • p：查找这个程序，系统会自动在环境变量PATH中进行查找。
  • int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
  • int execvp(const char *file, char *const argv[ ]);
 1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execlp("ls","ls","-l","-a",NULL);  //❗                                                          16     exit(1);17   }//1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     char *const argv[] =16     {17       (char*)"ls",18       (char*)"-l",                                                                                       19       (char*)"-a",20       (char*)"--color",21       NULL22     };23     execvp("ls",argv); //❗24     exit(1);25   }26   //father27   int status = 0;28   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);29   if(rid > 0)30   {31     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));32   }33   printf("testexec... end!\n");34   return 0;                                                                                              35 }

execle&execvpe 

  • e：environment环境变量
  • int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[ ]);
  • int execvpe(const char *file, char *const argv[ ],char *const envp[ ]);
  • bash有环境变量，也可以获取命令行参数
  • bash创建父进程
  • fork创建子进程
  • 通过exec*等函数将环境变量表和命令行参数表交给可执行程序
  • 子进程运行起来，并使用两张表

execve

🙂感谢大家的阅读，若有错误和不足，欢迎指正。 下篇收尾❗

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