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exec函數族
1）exec函數族說明
fork()函數用于創建一個子進程，該子進程幾乎復制了父進程的全部內容，但是，這個新創建的進程如何執行呢？exec函數族就提供了一個在進程中啟動另一個程序執行的方法。它可以根據指定的文件名或目錄名找到可執行文件，并用它來取代原調用進程的數據段、代碼段和堆棧段，在執行完之后，原調用進程的內容除了進程號外，其他全部被新的進程替換了。另外，這里的可執行文件既可以是二進制文件，也可以是Linux下任何可執行的腳本文件。
在Linux中使用exec函數族主要有兩種情況：
● 當進程認為自己不能再為系統和用戶做出任何貢獻時，就可以調用exec函數族中的任意一個函數讓自己重生。
● 如果一個進程想執行另一個程序，那么它就可以調用fork()函數新建一個進程，然后調用exec函數族中的任意一個函數，這樣看起來就像通過執行應用程序而產生了一個新進程（這種情況非常普遍）。
2）exec函數族語法
實際上，在Linux中并沒有exec()函數，而是有6個以exec開頭的函數，它們之間的語法有細微差別，本書在后面會詳細講解。
表2列舉了exec函數族的6個成員函數的語法。
表2 exec函數族成員函數語法
| 所需頭文件 |
#include <unistd.h> |
| 函數原型 |
int execl(const char *path, const char *arg, ...) |
| int execv(const char *path, char *const argv[]) |
| int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]) |
| int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]) |
| int execlp(const char *file, const char *arg, ...) |
| int execvp(const char *file, char *const argv[]) |
| 函數返回值 |
-1：出錯 |
這6個函數在函數名和使用語法的規則上都有細微的區別，下面就從可執行文件查找方式、參數傳遞方式及環境變量這幾個方面進行比較。
● 查找方式。讀者可以注意到，表2中的前4個函數的查找方式都是完整的文件目錄路徑，而后兩個函數（也就是以p結尾的兩個函數）可以只給出文件名，系統就會自動按照環境變量“$PATH”所指定的路徑進行查找。
● 參數傳遞方式。exec函數族的參數傳遞有兩種方式：一種是逐個列舉的方式，而另一種則是將所有參數整體構造指針數組傳遞。在這里是以函數名的第5位字母來區分的，字母為“l”（list）的表示逐個列舉參數的方式，其語法為const char *arg；字母為“v”（vertor）的表示將所有參數整體構造指針數組傳遞，其語法為char *const argv[]。讀者可以觀察execl()、execle()、execlp()的語法與execv()、execve()、execvp()的區別，它們的具體用法在后面的實例講解中會具體說明。
這里的參數實際上就是用戶在使用這個可執行文件時所需的全部命令選項字符串（包括該可執行程序命令本身）。要注意的是，這些參數必須以NULL結束。
● 環境變量。exec函數族可以默認系統的環境變量，也可以傳入指定的環境變量。這里以“e”（environment）結尾的兩個函數execle()和execve()就可以在envp[]中指定當前進程所使用的環境變量。
表3再對這6個函數中的函數名和對應語法做了一個小結，主要指出了函數名中每一位所表明的含義，希望讀者結合此表加以記憶。
表3 exec函數名對應含義
| 前4位 |
統一為：exec |
| 第5位 |
l：參數傳遞為逐個列舉方式 |
execl、execle、execlp |
| v：參數傳遞為構造指針數組方式 |
execv、execve、execvp |
| 第6位 |
e：可傳遞新進程環境變量 |
execle、execve |
| p：可執行文件查找方式為文件名 |
execlp、execvp |
事實上，這6個函數中真正的系統調用只有execve()，其他5個都是庫函數，它們終都會調用execve()這個系統調用。在使用exec函數族時，一定要加上錯誤判斷語句。exec很容易執行失敗，其中常見的原因有：
● 找不到文件或路徑，此時errno被設置為ENOENT。
● 數組argv和envp忘記用NULL結束，此時errno被設置為EFAUL。
● 沒有對應可執行文件的運行權限，此時errno被設置為EACCES。
3）exec使用實例
下面的第一個示例說明了如何使用文件名的方式來查找可執行文件，同時使用參數列表的方式。這里用的函數是execlp()。
/* execlp.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
if (fork() == 0)
{
/* 調用execlp()函數，這里相當于調用了“ps –ef”命令 */
if ((ret = execlp("ps", "ps", "-ef", NULL)) < 0)
{
printf("Execlp error\n");
}
}
}
在該程序中，首先使用fork()函數創建一個子進程，然后在子進程中使用execlp()函數。讀者可以看到，這里的參數列表列出了在shell中使用的命令名和選項，并且當使用文件名進行查找時，系統會在默認的環境變量PATH中尋找該可執行文件。讀者可將編譯后的結果下載到目標板上，運行結果如下：
$ ./execlp
PID TTY Uid Size State Command
1 root 1832 S init
2 root 0 S [keventd]
3 root 0 S [ksoftirqd_CPU0]
4 root 0 S [kswapd]
5 root 0 S [bdflush]
6 root 0 S [kupdated]
7 root 0 S [mtdblockd]
8 root 0 S [khubd]
35 root 2104 S /bin/bash /usr/etc/rc.local
36 root 2324 S /bin/bash
41 root 1364 S /sbin/inetd
53 root 14260 S /Qtopia/qtopia-free-1.7.0/bin/qpe -qws
54 root 11672 S quicklauncher
65 root 0 S [usb-storage-0]
66 root 0 S [scsi_eh_0]
83 root 2020 R ps -ef
$ env
…
PATH=/Qtopia/qtopia-free-1.7.0/bin:/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin
…
此程序的運行結果與在shell中直接輸入命令“ps -ef”是一樣的，當然，在不同系統的不同時刻可能會有不同的結果。
接下來的示例使用完整的文件目錄來查找對應的可執行文件。注意，目錄必須以“/”開頭，否則將其視為文件名。
/* execl.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
if (fork() == 0)
{
/* 調用execl()函數，注意這里要給出ps程序所在的完整路徑 */
if (execl("/bin/ps","ps","-ef",NULL) < 0)
{
printf("Execl error\n");
}
}
}
同樣將代碼下載到目標板上運行，運行結果同上例。
下面的示例利用execle()函數將環境變量添加到新建的子進程中，這里的“env”是查看當前進程環境變量的命令，代碼如下：
/* execle.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
/* 命令參數列表，必須以NULL結尾 */
char *envp[]={"PATH=/tmp","USER=david", NULL};
if (fork() == 0)
{
/* 調用execle()函數，注意這里也要指出env的完整路徑 */
if (execle("/usr/bin/env", "env", NULL, envp) < 0)
{
printf("Execle error\n");
}
}
}
下載到目標板后的運行結果如下：
$ ./execle
PATH=/tmp
USER=sunq
后一個示例使用execve()函數，通過構造指針數組的方式來傳遞參數，注意參數列表一定要以NULL作為結尾標識符。其代碼如下：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
/* 命令參數列表，必須以NULL結尾 */
char *arg[] = {"env", NULL};
char *envp[] = {"PATH=/tmp", "USER=david", NULL};
if (fork() == 0)
{
if (execve("/usr/bin/env", arg, envp) < 0)
{
printf("Execve error\n");
}
}
}
下載到目標板后的運行結果如下：
$ ./execve
PATH=/tmp
USER=david
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