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宝塔山 发表于 2024-6-23 20:25:51

【Linux】历程程序更换

思维导图

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/beb18055864f42e08c01ad2e4ce46dc6.png
学习目标

       学习历程更换的原理，掌握一些exec*函数的用法。
一、历程的程序更换的原理

       用fork创建子历程后，子历程实行的是和父历程雷同的程序（但有可能实行不同的代码分支），若想让子历程实行另一个程序，每每需要调用一种exec函数。
       当历程调用一种exec函数时，该历程的用户空间代码和数据完全被新程序更换，并重新程序的启动例程开始实行。这种更换类似于数据修改时的写时拷贝，不会将代码直接覆盖影响到父历程的后续代码。
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/c9de0ac2e1e141598f02b1f674a54060.png
       历程 = 内核数据结构 + 代码 + 数据，代码和数据是要被更换的，而内核数据结构根本不变，没有释放结构，没有创建新的历程。我们可以通过代码来查验是否创建了子历程？
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
printf("taskexec.....begin\n");
pid_t id = fork();

if(id == 0)
{
printf("child pid : %d\n", getpid());
sleep(2);
execvpe("./pragma", argv, environ);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
if(WIFEXITED(status))
{
   printf("child quit success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
else{
   printf("child quit failed\n");
}
}
printf("taskexec.....end\n");

return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/b1b6a31405774487aa91ceabb70e18d5.png       站在被更换的历程的角度来看，本质上就是这个程序被加载到内存中去的。怎么将程序加载到内存中？？在Linux体系中，exec*函数类似于加载函数。
       为什么我们要先将程序加载到内存中呢？？因为冯诺依曼体系结构要求，程序先放入内存中去，CPU只会去内存去探求数据和代码。
二、更换函数

这些函数不是体系调用，而是一些封装函数。真正的体系调用函数是execve函数：
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/0ddc3268a48447c596d5ba2cc6ddd50e.png
2.1 exec*系列函数

       加载过程中需要操作体系进行，这种函数底层包括体系调用，因为要将程序加载到内存中。exec*系列函数实行完毕之后，后续的代码不见是正常的，因为代码被更换了，假如不想让后续代码被更换，我们可以利用多历程，让子历程区完成一些代码覆盖。exec*函数的返回值不消关心，只要更换成功，就不会向后走，反之，假如没有更换成功，就一定往后走。
2.2 利用多历程来进行函数更换

       利用子历程进行函数更换操作，防止父历程的后续代码被覆盖，改成多历程版。创建子历程，让子历程自己去更换，父历程进行期待操作：可以让子历程实行父历程的一份代码，大概让子历程实行一份新的代码。创建子历程是为了让子历程去完成工作，在子历程中程序更换会发生写时拷贝。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");

pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
sleep(2);
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/e8252ae6576d48dd8beef038d7f6040a.png
2.3 一系列exec*函数（返回值不重要）

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/255ef6743aba4c06bd304b85e5a3efe5.png
2.3.1 execl函数

int execl(const char* path, const char* arg,...); l(list)：列表。列表来记录命令行中实行的命令。
execl函数的参数：第一个参数path：我们实行的程序需要带路径（怎么找到程序，用户要告诉函数），后面几个参数是可变参数，在命令行中怎么实行，我们就怎么进行传参。
总结：第一个参数的含义是帮我们怎么找到实行的程序，后面几个参数的含义是我们想怎么进行实行程序。
代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/7238b5ce30a64cab8d8116dc2cd40cc0.png
这种函数不止能更换一些Linux指令，还能更换我们所写的程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
sleep(2);
execl("./test", "test", NULL);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

using namespace std;

int main()
{
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
return 0;
}
2.3.2 execv函数

int execv(const char* path, const char* argv[]); v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。
execv函数的参数：由原来的可变参数变成了指针数组。
代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
char* argv[] = {
"ls",
"-a",
"-l",
NULL
};

pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
sleep(2);
//execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
execv("/usr/bin/ls", argv);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
2.3.3 execvp函数

       v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。p(path)：路径，用户可以不传要实行的文件的路径（但是文件名要传递），直接告诉exec*，我要实行谁就可以。p：查找这个程序，体系会自动在情况变量PATH中进行查找。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
char* argv[] = {
"ls",
"-a",
"-l",
NULL
};

pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
sleep(2);
execvp("ls", argv);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
2.3.4 execvpe函数

       v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。p(path)：路径，用户可以不传要实行的文件的路径（但是文件名要传递），直接告诉exec*，我要实行谁就可以。p：查找这个程序，体系会自动在情况变量PATH中进行查找。e(environment)：情况变量。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
char* argv[] = {
"test",
NULL
};

char* engv[] = {
"haha=1111111",
"hehe=2222222"
};

pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
sleep(2);
execvpe("./test", argv, engv);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[], char* engv[])
{
int i = 0;
for(i = 0; argv; i++)
{
cout << argv << endl;
}
for(i = 0; engv; i++)
{
cout << engv << endl;
}
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
return 0;
}
       所以，在一个程序中的情况变量和可实行参数是父历程给予的，我们可以通过extern来观察bash历程给予的情况变量和参数部门。
extern char** environ; // 获取父进程的环境变量   https://img-blog.csdnimg.cn/direct/e0f1ff5e787e44a9b59da295b78b5cb8.png
参数情况变量有三种情况：

[*]用新的情况变量整体更换
[*]用老的情况便令
[*]只增加某一个情况变量：putenv函数
putenv函数：

#include <stdlib.h>
int putenv(char* string);        putenv函数添加的情况变量会被添加在当前历程的情况变量表中。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("myprocess begin.....\n");
char* argv[] = {
"test",
NULL
};

char* engv[] = {
"haha=1111111",
"hehe=2222222"
};
putenv("papa=333333");
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
extern char** environ;
sleep(2);
execvpe("./test", argv, environ);
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
printf("myprocess end.....\n");
return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/52c92a27d9bb40e2a7e219bda3ad1edd.png三、函数解释

[*]这些函数假如调用成功则加载新的程序从启动代码开始实行，不在返回
[*]假如调用失败返回-1
[*]exec函数只有堕落的返回值，而没有成功的返回值

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【Linux】历程程序更换