进程程序替换

news2025/2/6 4:15:14

文章目录

  • 进程程序替换是什么
    • 概念
    • 原理
  • 为什么要进行程序替换
  • 如何进行程序替换
  • 使用接口
    • execl
  • 引入进程创建
    • execv
    • execlp
    • execvp
    • execle

进程程序替换是什么

概念

通过之前的学习，我们知道子进程执行的是父进程的代码片段。
如果我们想让创建出来的子进程，执行的是全新的程序呢？
这里我们就需要用到进程程序替换。

原理

1.将磁盘中的程序，加载入内存结构
2.重新建立页表映射，谁执行程序替换，就重新建立谁的映射(子进程)
效果:让我们的父进程和子进程彻底分离，并让子进程执行一个新的程序。

在这里插入图片描述

那么问题来了!!!

这个过程有没有创建新的进程呢？

答:我们肯定没有创建新的进程，只不过让子进程执行了新的程序

为什么要进行程序替换

我们一般在服务器设计(linux编程)的时候，往往需要子进程干两件种类的事情

  • 1.让子进程执行父进程的代码片段(服务器代码)
  • 2.让子进程执行磁盘中的一个全新的程序(shell,想让客户端执行对应的程序，通过我们的进程，执行其他人写的进程的代码等等)
    例如我们用C语言的进程去掉java/python/C++等等的程序。

如何进行程序替换

由OS完成，所以我们要调用系统接口。

首先带大家来看看系统接口有什么！

在这里插入图片描述
我们如果要执行一个全新的程序，我们需要做几件事情呢？

  • 程序本质就是一个磁盘上的文件，所以我们需要先找到这个程序在哪里
  • 程序可能携带选项进行执行(也可以不携带)，然后告诉OS，我要怎么执行这个程序？(要不要带选项)

使用接口

execl

在这里插入图片描述

其中参数列表中：“…” 叫做可变参数，说白了就是可以按照用户的意愿传入参数的大小个数，如果还不理解，大家肯定都用过C语言中的printf函数吧，printf有没有规定你只能打印几个参数呢？没有的，这是根据用户自己来定义的！这就是可变参数

在这里插入图片描述

执行完以上的代码，我们发现一个问题！！！

最后一句代码为什么没有被打印出来呢？？？
因为进程一旦替换成功，是将当前进程的代码和数据全部替换了！！！

后面的printf是代码吗？？有没有被替换呢？？当然，已经早就被替换了！！该代码不存在了！！

所以这个程序替换函数，用不用判断返回值？为什么？
答:不用判断返回值，因为只要成功了，就不会有返回值。而失败的时候，必然会继续向后执行！！最多通过返回值得到什么原因导致的替换失败！

引入进程创建

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

int main()
{
    printf("我是一个进程: %d\n",getpid());
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        printf("我是子进程，我的pid是：%d\n",getpid());
        execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL);
        exit(1);
    }

    int status=0;
    pid_t ret=waitpid(id,&status,0);
    if(ret==id)
    {
        sleep(2);                 
        printf("父进程等待成功！\n");
    }
    
    return 0;
}

在这里插入图片描述

子进程进行程序替换的时候会不会影响父进程呢？
答:不会，因为进程具有独立性。

为什么？如何做到的？
因为数据层面发生了写时拷贝！当程序替换的时候，我们可以理解成为，代码和数据都发生了写时拷贝，完成了父子的分离。

execv

他的第二个参数是一个指针数组，他和execl的区别就是把选项作为参数放入指针数组，然后进行传参！

int main()
  7 {
  8     printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
  9     pid_t id=fork(); 
 10     if(id==0)
 11     {
 12         //child
 13         //我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
 14         printf("我是子进程，我的pid是：%d\n",getpid());
 15       char *const argv_[]={
 16         (char*)"ls",
 17         (char*)"-a",
 18         (char*)"-l",
 19          NULL
 20          };
 21       execv("/usr/bin/ls",argv_);                                                                                                            
 22         exit(1);
 23     }
 24     //一定是父进程
 25     int status=0;
 26     int ret=waitpid(id,&status,0);
 27     if(ret==id)
 28     {
 29         sleep(2);
 30         printf("父进程等待成功！\n");
 31     }
 32 
 33     return 0;
 34 }

在这里插入图片描述
区分execl和execv
在这里插入图片描述

execlp

在这里插入图片描述

相比于execl这个接口的第一个参数变化。
我们执行指令的时候，默认的搜索路径，在哪里搜索呢？
环境变量PATH！

p代表PATH

所以命名中带p的，可以不带路径，只要说出你要执行哪一个程序即可！

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

int main()
{
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n",getpid());
    pid_t id=fork(); 
    if(id==0)
    {
        //child
        //我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("我是子进程，我的pid是：%d\n",getpid());
      char *const argv_[]={
        (char*)"ls",
        (char*)"-a",
        (char*)"-l",
         NULL
         };
      	execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);//这里出现了两个ls，含义一样吗？不一样！
        exit(1);
    }
    //一定是父进程
    int status=0;
    int ret=waitpid(id,&status,0);
    if(ret==id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

execvp

在这里插入图片描述

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

int main()
{
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // child
        // 我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("execvp 我是子进程，我的pid是：%d\n", getpid());
       char *const argv_[] = {
            (char *)"ls",
            (char *)"-a",
            (char *)"-l",
            NULL};
        execvp("ls", argv_);
        exit(1);
    }
    // 一定是父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id, &status, 0);
    if (ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

execle

在这里插入图片描述
这里的前两个接口都非常熟悉了，这里最后一个接口叫做环境变量。那么为什么要有这个接口呢？

说到环境变量之前我们先来看一下这个问题，我们刚刚提到过，进程替换可以让我们执行其他语言写的程序，那么我们怎么来执行呢？（我们使用execl 函数来调用）

我们现在的目标是想用我们写的myexec.c把mycmd.cpp调用起来，那么怎么来用呢？
myexec.c

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

int main()
{
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // child
        // 我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("execl 运行mycmd 我是子进程，我的pid是：%d\n", getpid());
      /*char *const argv_[] = {
            (char *)"ls",
            (char *)"-a",
            (char *)"-l",
            NULL};*/
        execl("/home/jys/code.c/mycmd", "mycmd",NULL);
        exit(1);
    }
    // 一定是父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id, &status, 0);
    if (ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

mycmd.cc

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;

    return 0;
}

在这里插入图片描述
我们当前使用的是绝对路径来吊用我的mycmd程序！
当然我们也可以使用相对路径来调用。

所以我们使用ece系列的系统级函数可以把任何语言耦合在一起！

谈完这个话题我们再来谈谈环境变量，execle这个函数多了一个e，这个e就是环境变量，如果你想给这个函数传入环境变量，我们就可以传入环境变量。
在这里插入图片描述
myexec.c

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

int main()
{
    extern char** __environ;
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {

        // child
        // 我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("execle 运行mycmd 我是子进程，我的pid是：%d\n", getpid());
        execle("/home/jys/code.c/mycmd", "mycmd",NULL,__environ);
        exit(1);
    }
    // 一定是父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id, &status, 0);
    if (ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

mycmd.cc

#include <iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
int main()
{
    cout<<getenv("USER")<<"\n";
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;

    return 0;
}

在这里插入图片描述
这个是父进程用extern继承了系统的环境变量，子进程继承了父进程的环境变量

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

int main()
{
   // extern char** __environ;
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {

        // child
        // 我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("execle 运行mycmd 我是子进程，我的pid是：%d\n", getpid());
      /*char *const argv_[] = {
            (char *)"ls",
            (char *)"-a",
            (char *)"-l",
            NULL};*/
         char* const env_[]={(char*)"MYPATH=迪丽热巴我老婆\n",NULL};
        execle("./mycmd", "mycmd",NULL,env_);
        exit(1);
    }
    // 一定是父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id, &status, 0);
    if (ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

#include <iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
int main()
{
    cout<<getenv("MYPATH")<<"\n";
   // cout<<getenv("USER")<<"\n";
    
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;
    cout << "你调用了我，很好，你成功引起了我的注意" << endl;

    return 0;
}

在这里插入图片描述

这里我们发现我们导入的环境变量出现了！

我们很好奇为什么呢？依照上面两个实验我们可以得出什么结论呢？

我们可以得出execle添加环境变量给目标程序的时候是覆盖式传入的！！

我们自己传入系统的环境变量给我们程序替换的程序

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

int main()
{
   extern char** __environ;
    printf("我是一个进程，我的pid是：%d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {

        // child
        // 我们想让子进程执行新的程序，以前是执行父进程的代码片段
        printf("execle 运行mycmd 我是子进程，我的pid是：%d\n", getpid());
      /*char *const argv_[] = {
            (char *)"ls",
            (char *)"-a",
            (char *)"-l",
            NULL};*/
         //char* const env_[]={(char*)"MYPATH=迪丽热巴我老婆\n",NULL};
        execle("./mycmd", "mycmd",NULL,__environ);
        exit(1);
    }
    // 一定是父进程
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id, &status, 0);
    if (ret == id)
    {
        sleep(2);
        printf("父进程等待成功！\n");
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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