Linux进程控制——Linux进程程序替换

news2024/11/14 19:02:15

前言：Linux进程控制包含了进程终止，进程等待，进程程序替换。走到现在我们也只剩下进程程序替换没介绍了，那么让我们来看看进程程序替换到底是什么！

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本篇主要内容：
替换原理
替换函数
实现简易shell

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我们所创建的所有的子进程，执行的代码，都是父进程代码的一部分，如果我们想让子进程执行新的程序，执行全新的代码和访问全新的数据，不在和父进程有瓜葛这就要用到我们的进程替换了！！！

进程程序替换

1. 替换原理
2. 替换函数
- 2.1 execl类型函数
- 2.2 execv类型函数
3. 实现简易shell
4. 总结

1. 替换原理

我们先介绍一个exec函数，方便我们读下面的代码
execl：
在这里插入图片描述
我们直接来看代码分析：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <sys/types.h>                                                                                                                                                                 
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <wait.h>
  5 int main()
  6 {
  7     pid_t id = fork();
  8     if(id == 0)
  9     {
 10         printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
 11         sleep(2);
 12         execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
 13         printf("pid: %d, exec command end\n", getpid());
 14     }
 15     else{
 16         pid_t rid = waitpid(-1, NULL, 0);
 17         if(rid > 0)
 18         {
 19             printf("wait success, pid: %d\n", rid);
 20         }
 21     }
 22     return 0;
 23 }

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我们用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序，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。

操作系统在调用exec函数时，只要将整个进程的代码和数据用新程序的代码和数据进行替换。
子进程往往会共享父进程的代码和数据，因为有写时拷贝的技术，有新数据写入时，会重新开辟空间所以不会相互影响，保证父子进程的独立性。

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但是我们仔细查看代码和执行结果后发现，竟然有一段代码没有执行！

13  printf("pid: %d, exec command end\n", getpid());

其实是调用exec程序替换，只要exec替换新程序成功了，子进程就回去执行新的程序，因此后面的代码将不会被执行

2. 替换函数

在进程程序替换中，替换函数必不可少，让我们来看看这类函数！

在这里插入图片描述

RETURN VALUE:
The exec() functions error has occurred return only if an The return value is -1 and errno to indicate the error

而exec开头的函数一共介绍6种，它们只会在出错时返回 -1！

我们以一下两点来理解:

必须先找到这个可执行程序怎么执行
必须告诉exec，怎么执行*

2.1 execl类型函数

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execl我们在上面简单了解了，我们就介绍一下剩下两个

execlp：
在这里插入图片描述

int main()
{
    {
        printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
        sleep(2);
        execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);  
        //第一个ls代表怎么找到这个程序 
        //第二个ls其实是命令的一部分,对应怎么执行                                                                                                                                    
        printf("pid: %d, exec command end\n", getpid());
                     
    }                                              
    return 0;                          
}

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在使用execlp函数时，我们并没有加上路径，但是我们依然能够获得想要的结果，正是因为p代表了PATH他会自动去环境变量PATH中根据file来寻找可执行程序！！！

execlpe：
在这里插入图片描述

// mytest源代码
int main()
{
    char *const myenv[] = {
         "myenv1=2004",
         "myenv2=2005",
         "myenv3=2005",
         "myenv4=2005",
          NULL
    };                                                                                                                                                                               
    printf("exec command begin\n");
    execle("./myprocess", "myprocess", NULL, myenv);


// myprocess源代码
int main(int agrc, char *agrv[], char *env[])
{
    for(int i = 0; env[i]; i++)
    {
        printf("[%d]: %s\n", i, env[i]);
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述
这是exec*函数程序替换，我们在下文会讲

2.2 execv类型函数

execv其实就是在execl的基础上多了一个指针数组，情况大差不差我们就不具体介绍了！具体关系如下图：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
execv 和 execvp：

int main()
{
	char *const argv[] = {
		"ls",
		"-a",
		"-l",
		NULL
	};
    printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
    sleep(2);
    execv("/usr/bin/ls", argv);       
    //execvp("ls", argv);                                                                                                                         
    printf("pid: %d, exec command end\n", getpid());  
      
    return 0;                          
}

在这里插入图片描述

其实exec这类函数命令有一定的规律：

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

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3. 实现简易shell

我们用程序替换是可以用C语言把C++调用起来的

// test.c
int main()
{
    printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
    execl("./myprocess", "myprocess", NULL);                                                                                                                               
    return 0;
}

// test.cc
int main()
{
    std::cout << "hello c++" << std::endl;
    std::cout << "hello c++" << std::endl;
    std::cout << "hello c++" << std::endl;
    std::cout << "hello c++" << std::endl;                                                                                                                                             
    return 0;
}

Makefile：

.PHONY:all
 all:mytest myprocess
 
 myprocess:test.cc
     g++ -o $@ $^ -std=c++11
  
 mytest:test.c
     gcc -o $@ $^ -std=c99
     
.PHONY:clean
clean:
     rm -f mytest myprocess

因为我们要同时编译两个程序，所以我们要对Makefile进行一下调整

在这里插入图片描述

我们通过程序替换将C++用C语言调用起来了

那我们除了调用C++还能调用别的嘛？

显而易见当然是可以的！！！

// test.sh
// 会简单编写就好
#!/usr/bin/bash
echo "hello Linux"
echo "hello world"
touch code

// test.c
int main()
{
    printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
    execl("/usr/bin/bash", "bash", "test.sh", NULL);                                                                                                                               
    return 0;
}