【Linux】进程程序替换

加油,旭杏 2024-07-03 14:37:03 阅读 88

思维导图

学习目标

       学习进程替换的原理,掌握一些exec*函数的用法。

一、进程的程序替换的原理

       用fork创建子进程后,子进程执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),若想让子进程执行另一个程序,往往需要调用一种exec函数。

       当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,并从新程序的启动例程开始执行。这种替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进程的后续代码。

       进程 = 内核数据结构 + 代码 + 数据,代码和数据是要被替换的,而内核数据结构基本不变,没有释放结构,没有创建新的进程。 我们可以通过代码来检验是否创建了子进程?

<code>#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;

}

       站在被替换的进程的角度来看,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系统中,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只会去内存去寻找数据和代码。

二、替换函数

这些函数不是系统调用,而是一些封装函数。真正的系统调用函数是execve函数:

2.1 exec*系列函数

       加载过程中需要操作系统进行,这种函数底层包括系统调用,因为要将程序加载到内存中。exec*系列函数执行完毕之后,后续的代码不见是正常的,因为代码被替换了,如果不想让后续代码被替换,我们可以使用多进程,让子进程区完成一些代码覆盖。exec*函数的返回值不用关心,只要替换成功,就不会向后走,反之,如果没有替换成功,就一定往后走。

2.2 利用多进程来进行函数替换

       利用子进程进行函数替换操作,防止父进程的后续代码被覆盖,改成多进程版。创建子进程,让子进程自己去替换,父进程进行等待操作:可以让子进程执行父进程的一份代码,或者让子进程执行一份新的代码。创建子进程是为了让子进程去完成工作,在子进程中程序替换会发生写时拷贝。

<code>#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;

}

2.3 一系列exec*函数(返回值不重要)

2.3.1 execl函数

<code>int execl(const char* path, const char* arg,...);

l(list):列表。 列表来记录命令行中执行的命令。

execl函数的参数:第一个参数path:我们执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,在命令行中怎么执行,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执行的程序,后面几个参数的含义是我们想怎么进行执行程序。

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;

}

这种函数不止能替换一些Linux指令,还能替换我们所写的程序:

<code>#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,用户可以不传要执行的文件的路径(但是文件名要传递),直接告诉exec*,我要执行谁就可以。p:查找这个程序,系统会自动在环境变量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,用户可以不传要执行的文件的路径(但是文件名要传递),直接告诉exec*,我要执行谁就可以。p:查找这个程序,系统会自动在环境变量PATH中进行查找。e(environment):环境变量。

#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]; i++)

{

cout << argv[i] << endl;

}

for(i = 0; engv[i]; i++)

{

cout << engv[i] << 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,在一个程序中的环境变量和可执行参数是父进程给予的,我们可以通过extern来观察bash进程给予的环境变量和参数部分。

extern char** environ; // 获取父进程的环境变量

    

参数环境变量有三种情况:

用新的环境变量整体替换用老的环境便令只增加某一个环境变量:putenv函数 

putenv函数:

<code>#include <stdlib.h>

int putenv(char* string);

       putenv函数添加的环境变量会被添加在当前进程的环境变量表中。 

#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;

}

三、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,不在返回如果调用失败返回-1exec函数只有出错的返回值,而没有成功的返回值



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