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unix中的exec族函数介绍

news 来源：原创 2024/9/29 19:00:46

一、前言

本文将介绍unix中exec族函数，包括其作用以及使用方法。当一个进程调用fork函数创建一个新进程后，新进程可以直接执行原本正文段的其他内容，但更多时候，我们在一个进程中调用fork创建新的进程后，希望新进程能够执行其他的程序。（举个实际的例子，A进程调用fork后，我们更多的时候是希望子进程能够运行B程序，而不是用于处理A进程特定的内容）exec族函数的作用就是让一个进程执行另一个程序。
本文将围绕如下内容展开：
1.exec族函数的原理
2.exec族各函数介绍

二、exec族函数原理

当一个进程调用了exec类函数后，该进程的正文段、数据段、堆、栈都替换为磁盘中其他指定的程序的内容，即子进程的进程空间被替换了其他内容。不过子进程的PID是不变的。子进程从新程序的main函数开始执行。新程序会继承子进程的如下信息：

  1. 文件描述符：新程序会继承调用进程的打开文件描述符，包括标准输入、标准输出和标准错误，除非这些文件描述符在调用 exec 前被显式地关闭或更改。
  2. 环境变量：新程序会继承调用进程的环境变量。
  3. 当前工作目录：新程序会继承调用进程的当前工作目录。
  4. 进程用户和组 ID：新程序会继承调用进程的用户 ID（UID）和组 ID（GID）。
  5. 信号处理状态：新程序会继承调用进程的信号处理状态，包括信号屏蔽字。
  6. 一些状态信息：比如进程优先级（nice值）等。

三、exec类函数介绍

unix提供了7个exec类函数，本小节将分别介绍这7种函数。

3.1 execl

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execl(const char *path, const char
*arg0, …, (char *) NULL);
传入参数：
{
path：要执行的程序的路径。
arg0：新程序的第一个参数，通常是程序的名称（用于 argv[0]）。
…：紧接着的参数列表，用于传递给新程序的其他参数，最后需要以NULL 结束。
}
返回值： 成功时，execl 不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno设定相应的错误代码。

参考代码：

/*************************************************************************> File Name: exec_test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时12分08秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************//************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;pid_t pid;if((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");}else if(pid == 0){if(execl("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test", NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}}else{printf("This is father process! child's pid = %d\n",pid);}return ret;
}

需要调用的程序代码如下：

/*************************************************************************> File Name: test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时16分00秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************//************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;while(1){printf("This is %s!\n",__FILE__);sleep(1);}return ret;
}

运行结果如下所示：
在这里插入图片描述

(3.1-1)

3.2 execv

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execv(const char *path, char *const
argv[]);
传入参数：
{
path：要执行的程序的路径。
argv：参数数组，包含新程序的参数列表。数组的第一个元素通常是程序名称（用于 argv[0]），最后一个元素必须是 NULL以标示参数列表的结束。
}
返回值： 成功时，execv 不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno设定相应的错误代码。

参考代码如下：

/*************************************************************************> File Name: exec_test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时12分08秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************/
#define EXECV/************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;pid_t pid;
#ifdef EXECVchar *arg[] = {NULL};
#endifif((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");}else if(pid == 0){
#ifdef EXECLif(execl("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test", NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECV)if(execv("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", arg) == -1){printf("execl fail!\n");}
#endif}else{printf("This is father process! child's pid = %d\n",pid);}return ret;
}

运行结果如下图所示：
在这里插入图片描述

（3.2-1）

3.3 execle

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execle(const char *path, const char
*arg0, …, (char *) NULL, char *const envp[]);
传入参数：
{
path：要执行的程序的路径。
arg0：新程序的第一个参数，通常是程序的名称（用于 argv[0]）。
…：紧接着的参数列表，用于传递给新程序的其他参数，最后需要以 NULL 结束。
envp: 一个指向环境变量字符串数组的指针，环境变量以
NULL 结尾。
}
返回值： 成功时，execv 不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno设定相应的错误代码。 这个函数与上面两个的区别就是能够设置环境变量。

参考代码如下：

/*************************************************************************> File Name: exec_test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时12分08秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************/
//#define EXECV
#define EXECLE/************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;pid_t pid;
#ifdef EXECVchar *arg[] = {NULL};
#endif#ifdef EXECLEchar *envp[] = {"AUTHER=Conbiao",NULL};
#endifif((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");}else if(pid == 0){
#ifdef EXECLif(execl("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test", NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECV)if(execv("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", arg) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECLE)if(execle("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test",NULL,envp) == -1){printf("execl fail!\n");}
#endif}else{printf("This is father process! child's pid = %d\n",pid);}return ret;
}

test.c添加获取环境变量的操作，代码如下：

/*************************************************************************> File Name: test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时16分00秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************//************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;printf("<%s> Author is: %s\n",__FILE__,getenv("AUTHER"));while(1){printf("This is %s!\n",__FILE__);sleep(1);}return ret;
}

运行结果如下所示：
在这里插入图片描述

（3.3-1）

3.4 execve

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execve(const char *path, char *const
argv[], char *const envp[]);
传入参数：
{
path：要执行的程序的路径。
argv：参数数组，包含新程序的参数列表。数组的第一个元素通常是程序名称（用于 argv[0]），最后一个元素必须是 NULL以标示参数列表的结束。
envp: 一个指向环境变量字符串数组的指针，环境变量以 NULL 结尾。
}
返回值： 成功时，execv不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno 设定相应的错误代码。

这个函数其实就是将一个个参数以字符串数组的形式传入而已，在此就不做过多的介绍了。

3.5 execlp

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execlp(const char *file, const char
*arg0, …, (char *) NULL);
传入参数：
{
file：要执行的程序的名称。该名称可以是相对路径或可执行文件的名称，execlp 函数会在环境变量 PATH 指定的目录中搜索该程序。
arg0：新程序的第一个参数，通常是程序的名称（用于 argv[0]）。 …: 后续参数，用于传递给新程序的其他参数，最后需要以NULL 结束。
}
返回值： 成功时，execv 不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno设定相应的错误代码。

参考代码如下：

/*************************************************************************> File Name: exec_test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时12分08秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************/
//#define EXECV
//#define EXECLE
#define EXECLP
/************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;pid_t pid;
#ifdef EXECVchar *arg[] = {NULL};
#endif#ifdef EXECLEchar *envp[] = {"AUTHER=Conbiao",NULL};
#endifif((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");}else if(pid == 0){
#ifdef EXECLif(execl("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test", NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECV)if(execv("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", arg) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECLE)if(execle("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test",NULL,envp) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECLP)if(execlp("ls","-l",NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#endif}else{printf("This is father process! child's pid = %d\n",pid);}return ret;
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

(3.5-1)

3.6 execvp

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int execvp(const char *file, char *const
argv[]);
传入参数：
{
file：要执行的程序的名称。该名称可以是相对路径或仅是可执行文件的名称，execvp 会在环境变量PATH 指定的目录中搜索该程序。
argv：参数数组，包含新程序的参数列表。数组的第一个元素通常是程序名称（用于argv[0]），最后一个元素必须是 NULL 以标示参数列表的结束。
}
返回值： 成功时，execv 不会返回，如果返回，通常表示出错。出错时，返回 -1，并通过 errno 设定相应的错误代码。

该函数的功能与execv类似，就不做过多的介绍了。

3.7 fexecve

头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int fexecve(int fd, char *const argv[],
char *const envp[]);
传入参数： { fd：一个文件描述符，指向要执行的可执行文件。这个文件描述符必须是通过 open系统调用以读执行模式打开的。
argv：参数数组，包含新程序的参数列表。数组的第一个元素通常是程序名称（用于argv[0]），最后一个元素必须是 NULL 以标示参数列表的结束。
envp: 一个指向环境变量字符串数组的指针，环境变量以 NULL结尾。
}
返回值： 成功时，execv 不会返回，如果返回，通常表示出错。 出错时，返回 -1，并通过 errno 设定相应的错误代码。

参考代码如下：

/*************************************************************************> File Name: exec_test.c> Author: conbiao> Created Time: 2024年09月29日 星期日 15时12分08秒************************************************************************//************************************************************************                             HEADER**********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<fcntl.h>
/************************************************************************                              MACRO**********************************************************************/
//#define EXECV
//#define EXECLE
//#define EXECLP
#define FEXECVE
/************************************************************************                          GLOBAL VARIABLE**********************************************************************//************************************************************************                       FUNCTION DESCRIPTION**********************************************************************//***********************************************************************
* FUNCTION NAME:***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************//************************************************************************                                MAIN**********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{int ret = 0;pid_t pid;
#ifdef FEXECVEchar *arg[] = {NULL};
#endif#ifdef FEXECVEchar *envp[] = {"AUTHER=Conbiao",NULL};
#endifif((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");}else if(pid == 0){
#ifdef EXECLif(execl("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test", NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECV)if(execv("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", arg) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECLE)if(execle("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test", "test",NULL,envp) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(EXECLP)if(execlp("ls","-l",NULL) == -1){printf("execl fail!\n");}
#elif defined(FEXECVE)int fd = open("/home/bb-yy/zijide/study/system/linux/unix-like-app/exec/test",O_EXCL | O_RDONLY);if(fd == -1){printf("open file fail!\n");}else{if(fexecve(fd,arg,envp) == -1){printf("fexecve fail!\n");}}
#endif}else{printf("This is father process! child's pid = %d\n",pid);}return ret;
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

（3.7-1）

参考资料：

《UNIX环境高级编程（第3版） (史蒂文斯 (W.Richard Stevens) 拉戈 (Stephen A.Rago))
(Z-Library)》

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