Linux系統程式設計之程式替換：exec 函式族

        在 Windows 平臺下，我們可以透過雙擊執行可執行程式，讓這個可執行程式成為一個程式；而在 Linux 平臺，我們可以透過 ./ 執行，讓一個可執行程式成為一個程式。

但是，如果我們本來就執行著一個程式（程式），我們如何在這個程式內部啟動一個外部程式，由核心將這個外部程式讀入記憶體，使其執行起來成為一個程式呢？這裡我們透過 exec 函式族實現。

exec 函式族，顧名思義，就是一簇函式，在 Linux 中，並不存在 exec() 函式，exec 指的是一組函式，一共有 6 個：

#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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);  

其中只有 execve() 是真正意義上的系統呼叫，其它都是在此基礎上經過包裝的庫函式。

exec 函式族提供了六種在程式中啟動另一個程式的方法。exec 函式族的作用是根據指定的檔名或目錄名找到可執行檔案，並用它來取代呼叫程式的內容，換句話說，就是在呼叫程式內部執行一個可執行檔案。

程式呼叫一種 exec 函式時，該程式完全由新程式替換，而新程式則從其 main 函式開始執行。因為呼叫 exec 並不建立新程式，所以前後的程式 ID （當然還有父程式號、程式組號、當前工作目錄……）並未改變。exec 只是用另一個新程式替換了當前程式的正文、資料、堆和棧段（程式替換）。

 

 

exec 函式族的 6 個函式看起來似乎很複雜，但實際上無論是作用還是用法都非常相似，只有很微小的差別。

   

l(list)：引數地址列表，以空指標結尾。

v(vector)：存有各引數地址的指標陣列的地址。

p(path)：按 PATH 環境變數指定的目錄搜尋可執行檔案。

e(environment)：存有環境變數字串地址的指標陣列的地址。

exec 函式族裝入並執行可執行程式 path/file，並將引數 arg0( arg1, arg2, argv[], envp[] ) 傳遞給此程式。

exec 函式族與一般的函式不同，exec 函式族中的函式執行成功後不會返回，而且，exec 函式族下面的程式碼執行不到。只有呼叫失敗了，它們才會返回 -1，失敗後從原程式的呼叫點接著往下執行。

excel程式碼

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("before exec\n\n");

/* /bin/ls：外部程式，這裡是/bin目錄的 ls 可執行程式，必須帶上路徑（相對或絕對）

   ls：沒有意義，如果需要給這個外部程式傳參，這裡必須要寫上字串，至於字串內容任意

   -a，-l，-h：給外部程式 ls 傳的引數

   NULL：這個必須寫上，代表給外部程式 ls 傳參結束

*/

execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);

// 如果 execl() 執行成功，下面執行不到，因為當前程式已經被執行的 ls 替換了

perror("execl");

printf("after exec\n\n");

return 0;

}

執行結果：

 

execv()示例程式碼：

execv() 和 execl() 的用法基本是一樣的，無非將列表傳參，改為用指標陣列。

 

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

 

int main(int argc, char *argv[])

{

// execv() 和 execl() 的用法基本是一樣的，無非將列表傳參，改為用指標陣列

// execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);

/* 指標陣列

   ls：沒有意義，如果需要給這個外部程式傳參，這裡必須要寫上字串，至於字串內容任意

   -a，-l，-h：給外部程式 ls 傳的引數

   NULL：這個必須寫上，代表給外部程式 ls 傳參結束

*/

char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};

// /bin/ls：外部程式，這裡是/bin目錄的 ls 可執行程式，必須帶上路徑（相對或絕對）

// arg： 上面定義的指標陣列地址

execv("/bin/ls", arg);

perror("execv");

return 0;

}

 

execlp() 或 execvp() 示例程式碼：

execlp() 和 execl() 的區別在於，execlp() 指定的可執行程式可以不帶路徑名，如果不帶路徑名的話，會在環境變數 PATH指定的目錄裡尋找這個可執行程式，而 execl() 指定的可執行程式，必須帶上路徑名。

#include <stdio.h>  

#include <unistd.h>  

  

int main(int argc, char *argv[])  

{  

    // 第一個引數 "ls"，沒有帶路徑名，在環境變數 PATH 裡尋找這個可執行程式  

    // 其它引數用法和 execl() 一樣  

    execlp("ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);  

      

    /* 

    char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL}; 

    execvp("ls", arg); 

    */  

      

    perror("execlp");  

      

    return 0;  

}  

 

execle() 或 execve() 示例程式碼：

execle() 和 execve() 改變的是 exec 啟動的程式的環境變數（只會改變程式的環境變數，不會影響系統的環境變數），其他四個函式啟動的程式則使用預設系統環境變數。

execle()示例程式碼：

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h> // getenv()

 

int main(int argc, char *argv[])

{

// getenv() 獲取指定環境變數的值

printf("before exec：USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));

// 指標資料

char *env[]={"USER=EDU", "HOME=/tmp", NULL};

/* ./edu：外部程式，當前路徑的 edu 程式，透過 gcc edu.c -o edu 編譯

edu：這裡沒有意義

NULL：給 edu 程式傳參結束

env：改變 edu 程式的環境變數，正確來說，讓 edu 程式只保留 env 的環境變數

 */

execle("./edu", "edu", NULL, env);

/*

char *arg[]={"edu", NULL};  

execve("./edu", arg, env);

*/

perror("execle");

return 0;

}

 

外部程式，edu.c 示例程式碼：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

 

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("\nin the edu fun, after exec: \n");

printf("USER=%s\n", getenv("USER"));

printf("HOME=%s\n", getenv("HOME"));

return 0;

}

 

執行結果：

 

 

最後：

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