【Linux】18.Linux历程控制（2）

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3. 历程程序替换

3.1 单历程版 – 看看程序替换

makefile

1. mycommand:mycommand.c
2.         gcc -o $@ $^ -std=c99
3. .PHONY:clean
4. clean:
5.         rm -f mycommand

复制代码

mycommand.c

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>// 提供execl, getpid等函数
3. #include <stdlib.h>
5. int main(){
6.     // 打印exec调用前的进程信息
7.     // getpid(): 获取当前进程ID
8.     // getppid(): 获取父进程ID
9.     printf("before: I am a process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());
10.    
11.     //这类方法的标准写法
12.     // execl函数执行新程序
13.     // 参数1 "/usr/bin/ls": 要执行的程序的完整路径
14.     // 参数2 "ls": 程序名称（argv[0]）
15.     // 参数3 "-a": 显示所有文件（包括隐藏文件）
16.     // 参数4 "-l": 使用长格式显示
17.     // 参数5 NULL: 参数列表结束标志
18.     execl("/usr/bin/ls","ls", "-a", "-l", NULL);
19.    
20.     // 如果exec执行成功，这行代码永远不会被执行
21.     // 因为原程序的内容已被ls程序替换
22.     printf("after: I am a process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());
23.     return 0;
24. }

复制代码

打印效果：

1. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$ ./mycommand
2. before: I am a process, pid:261495, ppid:261085
3. total 36
4. drwxrwxr-x  2 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 20 22:26 .
5. drwxrwxr-x 13 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 20 22:14 ..
6. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108    82 Jan 20 22:16 makefile
7. -rwxrwxr-x  1 ydk_108 ydk_108 16832 Jan 20 22:26 mycommand
8. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108   895 Jan 20 22:26 mycommand.c
9. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$

复制代码

这个程序被ls替换了。

一开始这个历程有自己的数据段和代码段，ls有自己的数据段和代码段，但是这里ls直接把mycommand的历程的代码段和数据段在内存中覆盖了，进而把页表中的虚拟地址也更改了。
这个就叫做历程替换，也就是历程替换的基本原理。

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3.2 替换原理

用fork创建子历程后执行的是和父历程相同的程序(但有大概执行不同的代码分支),子历程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。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替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新历程,以是调用exec前后该历程的id并未改变。

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3.3 替换函数

其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数：（这六个都是库函数调用接口，他们的区别只是传参的不同）

1. #include <unistd.h>
3. int execl(const char *path, const char *arg, ...);// 第一个参数是完整路径，第二个参数通常是程序名
4. int execlp(const char *file, const char *arg, ...);//execlp自己会在默认的PATH系统的环境变量里面找，所以可以不带路径
5. int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);// e 表示可以传递环境变量，最后一个参数是环境变量数组
6. int execv(const char *path, char *const argv[]);// v 表示参数以数组形式传递，比execl更适合参数数量不确定的情况
7. int execvp(const char *file, char *const argv[]);// 结合了v(数组)和p(PATH搜索)的特点
8. int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);// 结合了v(数组)、p(PATH搜索)和e(环境变量)的特点

复制代码

  这个和上面6个不一样，这个是体系调用接口，上面6个是库函数调用接口。
  int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
  函数解释

   

• 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
  
• 如果调用出错则返回-1
  
• 以是exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
  

    要执行一个程序起首就要找到这个程序，以是这内里全部的exec函数的第一个参数都是帮我们绝对如何找到这个程序的。
  找到这个程序后，要告诉体系如何执行这个程序。要不要涵盖选项？涵盖哪些？
    如果exec*能够实现体系程序，那么可以实现我们自己的程序吗？
  可以的。
  

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定名理解

这些函数原型看起来很容易混,但只要把握了规律就很好记。 （l和v不会同时出现）
   

• l(list) : 表示参数采用列表，一个一个传参
  
• 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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3.4 多历程版 – 验证各种程序替换接口

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>// 提供execl, getpid等函数
3. #include <stdlib.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <sys/wait.h>
7. int main(){
8.     pid_t id =fork();
9.     if(id == 0){
10.         //child
11.         printf("before: I am a process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());
12.         sleep(5);
13.             execl("/usr/bin/ls","ls", "-a", "-l", NULL);
14.             printf("after: I am a process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());
15.         exit(0);
16.     }
17.     //father
18.     pid_t ret = waitpid(id, NULL, 0);
19.     if(ret > 0){
20.         printf("wait success, father pid:%d, ret id:%d\n",getpid(), ret);
21.     }
22.     sleep(5);
23.     return 0;
24. }

复制代码

运行效果：

1. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$ ./mycommand
2. before: I am a process, pid:261679, ppid:261678
3. total 36
4. drwxrwxr-x  2 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 20 22:54 .
5. drwxrwxr-x 13 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 20 22:14 ..
6. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108    82 Jan 20 22:16 makefile
7. -rwxrwxr-x  1 ydk_108 ydk_108 17008 Jan 20 22:54 mycommand
8. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108   628 Jan 20 22:54 mycommand.c
9. wait success, father pid:261678, ret id:261679
10. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$

复制代码

通过下令查看：

1. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$ while :; do ps ajx |head -1 && ps ajx |grep mycommand |grep -v grep; sleep 1;echo"----------";done
2.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
3. echo----------: command not found
4.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
5. echo----------: command not found
6.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
7. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
8. 261678  261679  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
9. echo----------: command not found
10.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
11. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
12. 261678  261679  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
13. echo----------: command not found
14.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
15. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
16. 261678  261679  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
17. echo----------: command not found
18.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
19. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
20. 261678  261679  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
21. echo----------: command not found
22.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
23. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
24. 261678  261679  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
25. echo----------: command not found
26.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
27. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
28. echo----------: command not found
29.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
30. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
31. echo----------: command not found
32.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
33. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
34. echo----------: command not found
35.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
36. 261085  261678  261678  261085 pts/0     261678 S+    1001   0:00 ./mycommand
37. echo----------: command not found
38.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
39. echo----------: command not found
40.    PPID     PID    PGID     SID TTY        TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
41. echo----------: command not found
42. ^C

复制代码

  程序替换有没有创建新的子历程？
  没有，子历程的pid没有变。不创建新历程，只进行历程的程序代码和数据的替换结构。
    增补知识：
  

• 为什么after后面的代码没有执行呢？
  由于程序替换后，after的printf的代码已经是老程序的代码了，被ls覆盖掉了。
  
• 程序替换成功后，exit之后的代码不会执行，那么如果替换失败呢？（比方路径写错，下令不存在）
  那么程序就会继承今后走。以是exit*函数只有失败有返回值，没有成功的返回值。
  
• 我们的CPU怎么知道新程序应该进入的入口地址呢？
  Linux中形成的可执行程序是有格式的，EIF，是有可执行程序的表头的，可执行程序的入口就在表中。
  
• 实际上不但是可以调用ls下令，还可以调用自己写的C程序，python程序，shell脚本，Java程序。但是无论是我们的可执行程序照旧脚本，为什么能够跨语言调用呢?
  由于全部的语言运行起来，本质上都是历程。
  
• 环境变量是什么时间给历程的呢？
  环境变量实际上也是数据。当我们创建子历程的时间，环境变量就已经被子历程继承下去了。以是程序替换中，环境变量信息不会被子历程替换。
  
• 如果我想给子历程传递环境变量，应该怎么传递呢？
  
  
  
  • 新增环境变量
    直接给bash添加环境变量
    在父历程中使用putenv()添加环境变量
    
  • 彻底替换环境变量
    使用execle的时间把环境变量参数换成自己的
    
  
  

  

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3.5 自定义shell

touch.sh

1. #!/usr/bin/bash
3. echo "hello 1"
4. echo "hello 1"
5. echo "hello 1"
6. echo "hello 1"
7. echo "hello 1"
8. ls -a -l

复制代码

运行：bash touch.sh

1. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$ bash touch.sh
2. hello 1
3. hello 1
4. hello 1
5. hello 1
6. hello 1
7. total 40
8. drwxrwxr-x  2 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 21 00:00 .
9. drwxrwxr-x 13 ydk_108 ydk_108  4096 Jan 20 22:14 ..
10. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108    82 Jan 20 22:16 makefile
11. -rwxrwxr-x  1 ydk_108 ydk_108 17008 Jan 20 22:54 mycommand
12. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108   628 Jan 20 22:54 mycommand.c
13. -rw-rw-r--  1 ydk_108 ydk_108   101 Jan 21 00:00 touch.sh
14. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$

复制代码

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下令行交互的shell代码：

1. // 包含必要的头文件
2. #include <stdio.h>      // 标准输入输出
3. #include <stdlib.h>     // 标准库函数
4. #include <assert.h>     // 断言
5. #include <string.h>     // 字符串操作
6. #include <unistd.h>     // UNIX标准函数
7. #include <sys/types.h>  // 系统数据类型
8. #include <sys/wait.h>   // 进程等待
10. // 定义shell提示符的格式
11. #define LEFT "["        // 左边界符号
12. #define RIGHT "]"       // 右边界符号
13. #define LABLE "#"      // 提示符标签
14. #define DELIM " \t"    // 命令分隔符(空格和制表符)
15. #define LINE_SIZE 1024  // 命令行最大长度
16. #define ARGC_SIZE 32   // 命令参数最大个数
17. #define EXIT_CODE 44   // 子进程退出码
19. // 全局变量定义
20. int lastcode = 0;      // 上一条命令的返回值
21. int quit = 0;          // 退出标志
22. extern char **environ; // 环境变量数组
23. char commandline[LINE_SIZE];  // 存储命令行
24. char *argv[ARGC_SIZE];        // 存储解析后的命令参数
25. char pwd[LINE_SIZE];          // 存储当前工作目录
27. // 自定义环境变量存储空间
28. char myenv[LINE_SIZE];
30. // 获取当前用户名
31. const char *getusername(){
32.     return getenv("USER");
33. }
35. // 获取主机名
36. const char *gethostname(){
37.     return getenv("HOSTNAME");
38. }
40. // 获取当前工作目录
41. void getpwd(){
42.     getcwd(pwd, sizeof(pwd));
43. }
45. // 实现shell交互界面
46. void Interact(char *cline, int size){
47.     getpwd();
48.     // 打印提示符，格式为 [用户名@主机名 当前目录]#
49.     printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getusername(), gethostname(), pwd);
50.     // 读取用户输入
51.     char *s = fgets(cline, size, stdin);
52.     assert(s);
53.     (void)s;
54.    
55.     // 去掉输入字符串末尾的换行符
56.     cline[strlen(cline)-1] = '\0';
57. }
59. // 解析命令行字符串为参数数组
60. int splistring(char cline[], char *_argv[]){
61.     int i = 0;
62.     // 获取第一个参数(命令名)
63.     argv[i++] = strtok(cline, DELIM);
64.     // 获取后续参数
65.     while(_argv[i++] = strtok(NULL, DELIM));
66.     return i-1;  // 返回参数个数
67. }
69. // 执行外部命令
70. void NormalExcute(char *_argv[]){
71.     pid_t id = fork();
72.     if(id < 0){
73.         perror("fork");
74.         return;
75.     }
76.     else if(id == 0){  // 子进程
77.         // 使用execvp执行命令
78.         execvp(_argv[0], _argv);
79.         exit(EXIT_CODE);
80.     }
81.     else{  // 父进程
82.         int status = 0;
83.         // 等待子进程结束
84.         pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
85.         if(rid == id){
86.             // 保存命令执行结果
87.             lastcode = WEXITSTATUS(status);
88.         }
89.     }
90. }
92. // 处理内建命令
93. int buildCommand(char *_argv[], int _argc){
94.     // cd命令
95.     if(_argc == 2 && strcmp(_argv[0],"cd")==0){
96.         chdir(argv[1]);  // 改变当前目录
97.         getpwd();        // 更新pwd
98.         sprintf(getenv("PWD"),"%s", pwd);  // 更新PWD环境变量
99.         return 1;
100.     }
101.     // export命令：设置环境变量
102.     else if(_argc == 2 && strcmp(_argv[0],"export")==0){
103.         strcpy(myenv, _argv[1]);
104.         putenv(myenv);
105.         return 1;
106.     }
107.     // echo命令：显示文本或变量值
108.     else if(_argc == 2 && strcmp(_argv[0],"echo")==0){
109.         if(strcmp(_argv[1],"$?")==0){  // 显示上一条命令的返回值
110.             printf("%d\n",lastcode);
111.             lastcode=0;
112.         }
113.         else if(*_argv[1]=='$'){  // 显示环境变量的值
114.             char *val = getenv(_argv[1]+1);
115.             if(val) printf("%s\n",val);
116.         }
117.         else{  // 显示普通文本
118.             printf("%s\n",_argv[1]);
119.         }
120.         return 1;
121.     }
122.    
123.     // 为ls命令添加颜色支持
124.     if(strcmp(_argv[0],"ls")==0){
125.         _argv[_argc++] = "--color";
126.         _argv[_argc] = NULL;
127.     }
128.    
129.     return 0;  // 不是内建命令
130. }
132. int main(){
133.     while(!quit){
134.         //1.
135.         //2.交互问题，获取命令行
136.         Interact(commandline, sizeof(commandline));
137.         //3.子串分割的问题，解析命令行
138.         int argc = splistring(commandline, argv);
139.         if(argc == 0) continue;
140.         
141.         //4.指令的判断,判断是不是内建命令
142.         //debug
143.         //for(int i=0;argv[i];i++){
144.         //    printf("[%d]: %s\n",i,argv[i]);
145.         //}
146.         //内键命令本质上就是shell内部的一个函数。
147.         int n = buildCommand(argv, argc);
148.         
149.         
150.         //5.普通命令的执行
151.         // 如果不是内建命令，则作为外部命令执行
152.         if(!n) NormalExcute(argv);
153.     }
154.     return 0;
155. }

复制代码

打印效果：

1. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$ ./myshell
2. [ydk_108@(null) /home/ydk_108/108/lesson17]# ls -a
3. .  ..  makefile  mycommand  mycommand.c  myshell  myshell.c  touch.sh
4. [ydk_108@(null) /home/ydk_108/108/lesson17]# pwd
5. /home/ydk_108/108/lesson17
6. [ydk_108@(null) /home/ydk_108/108/lesson17]#
7. Segmentation fault
8. ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson17$

复制代码

以是，当我们进行登陆的时间，体系就是要启动一个shell历程。
我们shell本身的环境变量是从哪里来的？
当用户登录的时间，shell会读取目次用户下的.bash_profile文件，内里生存了导入环境变量的方式。

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