Linux笔记---进程：进程替换

1. 进程替换的概念

进程替换是指在一个正在运行的进程中，用一个新的程序替换当进步程的代码和数据，使得进程开始实行新的程序，而不是原来的程序。
这种技术通常用于在不创建新进程的情况下，改变进程的行为。
我们之前谈到过fork函数，这个函数可以启动一个子进程，子进程继承了父进程的代码和数据。
在谈到进程替换之前，我们只能通过判断fork函数的返回值id来区分父子进程，并让二者运行不同的分支。而利用进程替换技术，我们可以将子进程的代码数据完全替换为另一个程序，实现我们所盼望的，父子进程完全独立为两个不同的进程。
进程替换的原理

进程替换的原理涉及到操作体系的内存管理和进程控制。当一个进程调用exec系列函数时，操作体系会将新程序的代码和数据加载到内存中，并将其与当进步程的地址空间相关联。这个过程通常涉及到以下几个步调：
   

• 加载新程序：操作体系将新程序的可实行文件从磁盘加载到内存中。
  
• 替换代码和数据：新程序的代码和数据会替换当进步程的代码和数据段。
  
• 更新进程状态：进程的状态会被更新，以反映新程序的实行状态。
  
• 实行新程序：进程开始实行新程序的入口点，通常是main函数。
  

  在这个过程中，进程的标识符（PID）和其他一些属性（如打开的文件描述符、环境变量等）通常会保持不变。
2. exec进程替换函数

在Linux体系中，进程替换通常通过exec系列函数来实现，该系列函数包罗在头文件<unistd.h>。
这些函数包罗：
   

• execl：实行一个新程序，参数以列表形式给出。
  1. int execl(const char *pathname, const char *arg, ...);

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• execlp：实行一个新程序，参数以列表形式给出，并在环境变量PATH中搜索程序。
  1. int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

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• execle：实行一个新程序，参数以列表形式给出，并提供自界说的环境变量。
  1. int execle(const char *pathname, const char *arg, ...);

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• execv：实行一个新程序，参数以数组形式给出。
  1. int execv(const char *pathname, char *const argv[]);

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• execvp：实行一个新程序，参数以数组形式给出，并在环境变量PATH中搜索程序。
  1. int execvp(const char *file, char *const argv[]);

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• execve：实行一个新程序，参数以数组形式给出，并提供自界说的环境变量。
  1. int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);

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• execvpe：实行一个新程序，参数以数组形式给出，并提供自界说的环境变量。
  1. int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

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  这些函数的使用方式和参数传递方式略有不同，但它们的基本功能都是相同的：用新程序替换当进步程的代码和数据。
记忆本事：
   

• l(list)：表现参数接纳列表。
  
• v(vector)：参数用数组。
  
• p(path)：到环境变量PATH中搜索指定程序，无需完整路径(带p的函数第一个参数为file，代表可实行程序；不带p的函数第一个参数为pathname，代表完整路径)。
  
• e(env) : 表现自界说环境变量，不带e的表现继承当前的环境变量。
  

  使用示例：

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>
4. int main()
5. {
6.     char* vector[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
7.     int id = fork();
8.     if(id == 0)
9.     {
10.         execvp("ls", vector);
11.         return 0;
12.     }
13.     int pid = wait(NULL);
14.     return 0;
15. }

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 注意：传入的参数为命令行参数，也就是说在命令行要实行该程序需要输入什么，参数就传递什么，主要是不要忘记选项是从第二个参数开始的。
第一个参数传什么都不要紧，随你喜欢，但要记得传：

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>
4. int main()
5. {
6.     char* vector[] = {"cxk", "-l", "-a", NULL};
7.     int id = fork();
8.     if(id == 0)
9.     {
10.         execvp("ls", vector);
11.         return 0;
12.     }
13.     int pid = wait(NULL);
14.     return 0;
15. }

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execve函数

该函数相比于其他函数具有一定的特殊性，他是上述函数中唯一一个体系调用。
在命令行输入[man exec]能查到如下信息，可以看到并没有execve的存在，且这些函数都在3号手册当中：

只有单独查询execve函数时才气查到，可以看到该函数在2号手册(体系调用接口)中：

 execve函数的特殊性：
   

• 体系调用层级的基础地位
  
  
  
  • execve在exec函数族中具有特殊的基础性地位。它是直接与体系调用接口紧密相连的函数。其他的exec系列函数（如execl、execv等）在很多情况下终极可能会调用execve来实现实际的进程替换操作。
    
  • 例如，在一些库函数的实现中，为了提供更方便的参数传递方式（如execl的可变参数列表形式），可能会在内部对参数进行处置惩罚后调用execve来完成进程替换的核心功能。
    
  
  
• 参数处置惩罚方式的不同
  
  
  
  • execve的参数包罗要实行的程序文件路径、传递给新程序的命令行参数数组以及环境变量数组。这种参数形式与其他exec函数有所不同。
    
  • 像execl函数，它的参数是以可变参数列表的形式，末了以NULL末端，这种形式在使用上有一定的便利性，但在底层实现中可能需要更多的转换工作才气与体系调用接口对接，而execve的参数形式更直接地反映了体系调用的需求。
    
  
  
• 安全和权限方面的思量
  
  
  
  • 由于execve是直接进行进程替换的底层函数，在安全和权限管理方面有偏紧张的作用。它对可实行文件的路径、实行权限等有着严格的要求。
    
  • 当调用execve时，体系会根据文件的权限设置（如是否可实行、所属用户和组等）以及当进步程的权限来判断是否允许进程替换操作。这种严格的权限检查有助于保障体系的安全性。
    
  
  
• 与内核交互的特点
  
  
  
  • execve在与内核交互时，需要将新程序的代码和数据加载到当进步程的地址空间，同时更新进程的各种状态信息，如程序计数器、堆栈指针等。这个过程涉及到内核中的进程管理、内存管理等多个模块的协同工作。
    
  • 相比其他exec函数，execve在与内核的这种深度交互方面更为直接，因为其他函数可能会在调用execve之进步行一些额外的参数处置惩罚或环境设置。
    
  
  

   exec函数族调用关系如下：

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